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全鈣鈦礦疊層電池光電轉(zhuǎn)換效率刷新世界紀(jì)錄

科技日報發(fā)布時間:2024-03-19 10:12:09  作者:金鳳

  3月15日,記者從南京大學(xué)獲悉,經(jīng)國際第三方權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)測試,該?,F(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院譚海仁課題組研發(fā)的大面積全鈣鈦礦疊層組件,穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)24.5%,刷新了全鈣鈦礦疊層組件的世界紀(jì)錄,相關(guān)結(jié)果已被收錄到《太陽能電池效率表》。近日,該團(tuán)隊相關(guān)論文發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

  譚海仁坦言,相較于傳統(tǒng)的晶硅單結(jié)太陽能電池,鈣鈦礦疊層太陽能電池生產(chǎn)成本更低、更節(jié)能。輕量化、柔性化的特點使其更容易彎折,使用場景更多。鈣鈦礦疊層太陽能電池由電極、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層、電子傳輸層等結(jié)構(gòu)堆疊而成,寬帶隙鈣鈦礦薄膜和窄帶隙鈣鈦礦薄膜是疊層電池中重要的吸光層。

  當(dāng)前,窄帶隙鈣鈦礦薄膜的均勻制備是制約大面積組件性能提升的關(guān)鍵問題。

  “窄帶隙鈣鈦礦薄膜的吸光范圍更廣,能夠吸收寬帶隙鈣鈦礦薄膜吸收不了的光,提高光電轉(zhuǎn)化效率。但現(xiàn)有的規(guī)模化制備技術(shù)開發(fā)尚未聚焦于窄帶隙鈣鈦礦薄膜。”該論文的第一作者、南京大學(xué)博士生高寒告訴記者,含錫鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶速度快,大面積量產(chǎn)制備的時間窗口短,易出現(xiàn)成膜不均勻的問題。此外,刮涂制備窄帶隙鈣鈦礦時,組件自上而下不同步的結(jié)晶過程,使其底部界面出現(xiàn)大量缺陷,嚴(yán)重限制了電池的光電性能。

  研究團(tuán)隊在制備窄帶隙鈣鈦礦薄膜時,根據(jù)鈣鈦礦結(jié)晶生長理論,篩選了20多種添加劑,最終發(fā)現(xiàn)具有緩沖劑特性的兩性離子甘氨酰胺鹽酸鹽可以同時實現(xiàn)鉛錫鈣鈦礦的結(jié)晶調(diào)控和埋底界面鈍化。

  “甘氨酰胺鹽酸鹽可以抑制鈣鈦礦結(jié)晶過程中的溶劑揮發(fā),延緩鈣鈦礦的結(jié)晶速率,大幅延長鈣鈦礦薄膜大面積成膜的制備窗口時間,實現(xiàn)鉛錫鈣鈦礦薄膜的大面積、均勻化制備。”高寒介紹,“使用該方法,薄膜結(jié)晶的時間延長至原來的10倍,后續(xù)再進(jìn)行退火處理,結(jié)晶后的晶粒長得更大、貫穿性更好,而且可以減少底部界面處的缺陷密度,大幅提升鈣鈦礦薄膜的載流子壽命,有效提升了窄帶隙子電池的光電性能。”

  在此基礎(chǔ)上,團(tuán)隊將窄帶隙鈣鈦礦薄膜與寬帶隙鈣鈦礦薄膜結(jié)合,形成20.25平方厘米的疊層組件。“雖然相較于此前約1平方厘米的鈣鈦礦小面積電池明顯增大,但想推進(jìn)到商用階段,理想目標(biāo)是至少到1.2米×0.6米。”高寒說。

  譚海仁表示,團(tuán)隊將繼續(xù)嘗試制備面積更大、效率更高的全鈣鈦礦疊層光伏組件,加速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。(科技日報 記者金鳳)


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