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轉(zhuǎn)換效率高達28.0%！新型太陽能電池研究獲重要進展
2023年06月12日 13:36:06
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：4553
近日，南京大學譚海仁教授課題組在全鈣鈦礦疊層電池領(lǐng)域取得最新進展，經(jīng)國際權(quán)威認證的轉(zhuǎn)換效率高達28.0%，首次超越了傳統(tǒng)晶硅電池。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】太陽能電池在未來的新能源開發(fā)領(lǐng)域占有主導地位，有著巨大的發(fā)展前景。隨著我國碳中和碳達峰戰(zhàn)略的落實以及全球?qū)Νh(huán)保能源需求的快速增加，對太陽能電池產(chǎn)量的需求也在持續(xù)增長。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2022年全年太陽能電池(光伏電池)產(chǎn)量3.4億千瓦，增長46.8%。
"雙碳"目標是我國作出的重大戰(zhàn)略決策，發(fā)展清潔低成本的太陽能光伏發(fā)電，是實現(xiàn)這一戰(zhàn)略目標的重要途徑與技術(shù)保障。通過串聯(lián)寬/窄帶隙鈣鈦礦子電池構(gòu)筑的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，兼?zhèn)涓咝屎偷统杀镜葍?yōu)點，是下一代光伏技術(shù)的重要發(fā)展方向。
近日，南京大學譚海仁教授課題組在全鈣鈦礦疊層電池領(lǐng)域取得最新進展，經(jīng)國際權(quán)威認證，其轉(zhuǎn)換效率高達28.0%，首次超越了傳統(tǒng)晶硅電池，該結(jié)果被收錄到最新一期《Solar cell efficiency tables》(Version 61)，匿名審稿專家對這項工作高度評價——“本文在這個領(lǐng)域展示了非常有意義的結(jié)果，因為它不僅展示了世界最佳性能的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，而且還提出了與現(xiàn)有缺陷鈍化方法不同的3D/3D異質(zhì)結(jié)”。
寬帶隙鈣鈦礦頂電池、窄帶隙鈣鈦礦底電池和隧穿結(jié)是構(gòu)建全鈣鈦礦疊層電池的三個核心部分，開發(fā)高性能隧穿結(jié)和高效率窄帶隙子電池則是實現(xiàn)高效疊層電池制備的關(guān)鍵核心點。研究團隊前期在新型隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計、窄帶隙鈣鈦礦結(jié)晶生長調(diào)控、晶粒表面缺陷鈍化以及大面積疊層光伏組件的可量產(chǎn)化制備技術(shù)等方面開展了系統(tǒng)性研究，實現(xiàn)了認證效率達26.4%的全鈣鈦礦疊層電池和認證效率21.7%的大面積疊層組件。
該項研究還設(shè)計了新型的3D/3D雙層鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)(PHJ)結(jié)構(gòu)：利用真空蒸發(fā)和溶液加工混合法，在鉛-錫混合窄帶隙鈣鈦礦薄膜上生長一層數(shù)十納米厚的三維純鉛寬帶隙鈣鈦礦薄膜(FL-WBG)。通過調(diào)控三維純鉛寬帶隙鈣鈦礦的組分，使其與窄帶隙鈣鈦礦形成Type-II型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，促進載流子(電子)從鈣鈦礦吸光層向電子傳輸層抽取，降低鈣鈦礦/電子傳輸層C60之間的界面復合損失。
該項實驗結(jié)果顯著提升了電池的開路電壓、填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率，最佳性能的窄帶隙鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率達到了23.8%，為目前報道的最高效率。除此之外，PHJ結(jié)構(gòu)帶來的場鈍化效應減少了鈣鈦礦與電子傳輸層的接觸損失，從而有效地屏蔽了表面缺陷層對鉛錫窄帶隙鈣鈦礦太陽電池性能的影響。
本研究將PHJ窄帶隙子電池與高效的寬帶隙子電池進行結(jié)合，構(gòu)筑了高性能的全鈣鈦礦疊層太陽能電池。PHJ結(jié)構(gòu)有效地提升了全鈣鈦礦疊層電池的開路電壓、填充因子以及轉(zhuǎn)換效率。實驗室自測效率從26.7%提高到28.5%，同時獲得了效率為26.9%的大面積疊層電池。
(資料來源：南京大學新聞網(wǎng))
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