- 32.5%！我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)成功突破晶硅疊層太陽能電池制備難題
- 發(fā)布日期：2024-08-05
8月2日，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院發(fā)布太陽能電池領(lǐng)域重要研發(fā)進(jìn)展：針對(duì)鈣鈦礦和晶硅疊層太陽能電池的效率和壽命問題，科研團(tuán)隊(duì)提出“晶核工程策略”，制備出高質(zhì)量的電池薄膜材料，顯著提高了太陽能電池長(zhǎng)期運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性。相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。
據(jù)介紹，北京理工大學(xué)等國(guó)內(nèi)單位科研團(tuán)隊(duì)合作，成功突破鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池制備技術(shù)難題，并開發(fā)出光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)32.5%、具有長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池。相關(guān)成果2日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表。
當(dāng)前，生產(chǎn)生活中較常見的太陽能電池為晶硅電池，其光電轉(zhuǎn)化效率在26%左右。鈣鈦礦/晶硅疊層電池是一種新型太陽能電池，由晶硅和鈣鈦礦兩種材料組合吸光，相較傳統(tǒng)晶硅電池具有發(fā)電成本低、光電轉(zhuǎn)化效率高的特點(diǎn)。長(zhǎng)期以來，這款新型電池在制備過程中，常出現(xiàn)鈣鈦礦薄膜不均勻和晶體質(zhì)量差等問題，導(dǎo)致成品出現(xiàn)缺陷，影響光電轉(zhuǎn)化率和使用壽命。
“制備這種疊層電池，是在晶硅電池上先鍍一層鈣鈦礦前驅(qū)液，該前驅(qū)液干燥時(shí)逐漸形成晶核并結(jié)晶，最后‘長(zhǎng)’成寬帶隙的鈣鈦礦薄膜。但由于鈣鈦礦材料里的組分多樣、晶種相態(tài)復(fù)雜，導(dǎo)致‘長(zhǎng)’出的薄膜不均勻。”北理工前沿交叉科學(xué)研究院教授陳棋說，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出寬帶隙鈣鈦礦結(jié)晶控制策略，在前驅(qū)液中添加長(zhǎng)鏈烷基胺，促使高質(zhì)量晶核加速“生長(zhǎng)”，抑制低質(zhì)量晶核“生長(zhǎng)”，從而制備出均勻的高質(zhì)量寬帶隙鈣鈦礦薄膜。
北理工材料學(xué)院助理教授陳怡華介紹，團(tuán)隊(duì)基于這一創(chuàng)新思路，分別制備出1平方厘米和25平方厘米的鈣鈦礦/晶硅疊層電池，對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的光電轉(zhuǎn)換效率為32.5%和29.4%，均優(yōu)于傳統(tǒng)的晶硅太陽能電池。此外，經(jīng)過最大功率點(diǎn)跟蹤測(cè)試后，樣品展現(xiàn)出長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性。
實(shí)驗(yàn)證明，擁有這種薄膜的太陽能電池材料具有更穩(wěn)定的光熱轉(zhuǎn)換效率。科研人員將封裝的鈣鈦礦和晶硅疊層太陽能電池置于標(biāo)準(zhǔn)光照條件下，在25攝氏度和50攝氏度的溫度下分別跟蹤1301小時(shí)和800小時(shí)后，電池仍能保持超90%的初始效率。相較于此前的電池樣品，具有更長(zhǎng)的運(yùn)行壽命。
陳棋透露，電池還展現(xiàn)出在極端環(huán)境應(yīng)用的可能性：在全譜光照、零下溫度、低氣壓下運(yùn)行56小時(shí)后，依然保留了初始效率的90.4%。下一步，團(tuán)隊(duì)將圍繞鈣鈦礦和晶硅疊層太陽能電池持續(xù)開展研發(fā)，使壽命更長(zhǎng)、運(yùn)行更穩(wěn)定的電池盡快投入使用。
陳棋表示，該成果為鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池發(fā)展打下關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)，有望推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，提升光伏發(fā)電效能，助力能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。
