高效穩(wěn)定！新型雙疊層太陽能電池可定制化“生長” 用光發(fā)電效率突破25%

:近日，國際知名期刊《科學》發(fā)表了一項電池制造方面的重大突破——通過在有紋理的硅上“催長”鈣鈦礦，多倫多大學和阿卜杜拉國王科技大學的研究人員們開發(fā)出高效、穩(wěn)定的雙疊層太陽能電池。

以往，寬帶隙鈣鈦礦可以通過形成串聯(lián)電池來提高硅太陽能電池的效率，但是通常鈣鈦礦必須在硅電池的光滑面上生長，因為在粗糙的光捕獲面上生長的材料通常不能完全覆蓋硅酸鹽電池。硅表面及其粗糙的紋理易于相分離。

而這次，研究人員們用帶隙約為1.68電子伏特的鈣鈦礦“生長”出厚膜，并使用鈍化劑1-丁硫醇限制了其相互分離。

整體來看，這些綜合的增強功能，使鈣鈦礦硅串聯(lián)太陽能電池的獨立認證功率轉換效率達到了25.7％。這些器件在85°C下進行400小時的熱穩(wěn)定性測試后，以及在40°C下在最大功率點跟蹤400小時后，其性能幾乎沒出現(xiàn)衰減。

這將意味著，可以充分利用鈣鈦礦技術迄今取得的巨大進步，將性能更好、成本更低的光伏發(fā)電板推向市場。

采用特殊方式“堆疊”后的太陽能電池形成了雙結膜，這有可能克服光伏電池的單結Shockley-Queisser極限。固溶鈣鈦礦的快速發(fā)展，讓鈣鈦礦單結的效率超過了20％。但是，此前該工藝尚未能夠與行業(yè)相關的紋理化晶體硅太陽能電池進行單片集成。

在他們的研究中，研究人員揭秘了將溶液處理的微米級鈣鈦礦頂部電池與完全紋理化的硅異質結底部電池相結合的雙相電池。

具體而言，為了克服微米級鈣鈦礦中電荷收集的挑戰(zhàn)，研究人員將硅錐體底部的耗盡寬度增加了3倍，這使其高到足以覆蓋用于標準硅晶片的金字塔結構。研究小組發(fā)現(xiàn)，凹處的鈣鈦礦會產生一個電場，該電場將鈣鈦礦層中產生的電子與硅層中產生的電子分開。

此外，他們通過將自限鈍化劑（1-丁硫醇）制成的“鈍化層”覆蓋在了鈣鈦礦表面上，從而增加了擴散長度并進一步抑制了相偏析，加強了電荷分離。

研究團隊表示，他們將繼續(xù)改進設計，包括將穩(wěn)定性提高到行業(yè)基準要求的1000個小時。