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大連化物所等制備出光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)27%的鈣鈦礦-硅疊層電池

時(shí)間:2019-11-19 21:50來(lái)源:大連化學(xué)物理研究所 作者:綜合報(bào)道
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　　近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所薄膜硅太陽(yáng)電池研究組（DNL1606）研究員劉生忠團(tuán)隊(duì)聯(lián)合陜西師范大學(xué)研究員楊棟，通過(guò)將半透明鈣鈦礦電池與高效硅異質(zhì)結(jié)薄膜電池結(jié)合，組成光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到27.0%的四端鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)能電池。
 
　　晶硅太陽(yáng)能電池是第一代太陽(yáng)能電池，經(jīng)過(guò)數(shù)十年發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)非常成熟。目前，95%的光伏市場(chǎng)份額被晶硅太陽(yáng)能電池所占據(jù)。實(shí)驗(yàn)室報(bào)道的最好的晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達(dá)到26.6%，非常接近它的理論光電轉(zhuǎn)化效率極限29.4%。在物理法則下，晶硅電池的效率提升之路正變得越來(lái)越窄。為了實(shí)現(xiàn)更高的光電轉(zhuǎn)換效率，越來(lái)越多的研究開(kāi)始關(guān)注將晶硅電池與其它的高效率電池組成疊層電池。
 
　　鈣鈦礦電池是近幾年發(fā)展起來(lái)的第三代太陽(yáng)能電池，它具有原料豐富、成本低、制備工藝簡(jiǎn)單、對(duì)缺陷的容忍性好等優(yōu)點(diǎn)。目前，實(shí)驗(yàn)室報(bào)道的鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率已超過(guò)24%。鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)通式是ABX3，A位通常是正一價(jià)的有機(jī)陽(yáng)離子CH3NH3+、NH=CHNH3+或者無(wú)機(jī)Cs+離子等，B位通常是正二價(jià)金屬陽(yáng)離子Pb2+、Sn2+等。X通常是鹵素陰離子I-、Br-、Cl-等。通過(guò)離子替換，鈣鈦礦的帶隙可以在1.4到2.3 eV之間靈活調(diào)節(jié)，使它成為非常理想的疊層電池子電池材料。
 
　　疊層電池由一個(gè)高帶隙子電池和一個(gè)低帶隙子電池組成。低帶隙子電池拓寬了太陽(yáng)光光子的利用率；高帶隙子電池減少了半導(dǎo)體捕獲高能光子后電子躍遷后弛豫過(guò)程的熱能損失。因此疊層電池具有比單結(jié)電池更高的極限光電轉(zhuǎn)化效率。得到高效率的疊層太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵之一是在溫和條件下制備透明電極，即在不傷害底層材料的前提下，制備兼具高導(dǎo)電性和高透光性的電極。
 
　　該團(tuán)隊(duì)使用真空熱蒸發(fā)沉積薄膜的方法，以三氧化鉬/金納米網(wǎng)/三氧化鉬“三明治結(jié)構(gòu)”作為透明電極，替換掉傳統(tǒng)鈣鈦礦電池中的金屬背電極。制備的半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有18.3%的光電轉(zhuǎn)化效率，這是目前使用超薄金屬制備的半透明鈣鈦礦電池的最高效率之一。將此半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池與光電轉(zhuǎn)化效率23.3%的硅異質(zhì)結(jié)薄膜電池結(jié)合，得到了光電轉(zhuǎn)換效率27.0%的四端疊層太陽(yáng)能電池。
 
　　該項(xiàng)研究使用了一種簡(jiǎn)單低成本的方法制備高導(dǎo)電性、高透光性的透明電極，有助于推動(dòng)半透明電池以及多結(jié)/疊層電池的發(fā)展，降低光伏發(fā)電的成本。相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)國(guó)家重點(diǎn)研究與發(fā)展計(jì)劃、陜西省科技創(chuàng)新引導(dǎo)項(xiàng)目等的資助。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 鈣鈦礦電池 硅疊層電池
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