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作為光伏行業新興的研究熱點,鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的光電轉換效率迅速提升。目前,剛性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的效率達到33.9%,超過傳統晶硅29.4%的理論極限效率,但尚無關于柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的報道。主要原因在于柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的超薄硅底電池存在棘手問題,也就是說,由于減小硅厚度而導致嚴重的光吸收損失和強烈的表面反射,致使疊層器件短路電流密度損失,使得柔性疊層器件效率低下。
近日,中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員葉繼春帶領的硅基太陽能及寬禁帶半導體科研團隊,以前期晶硅、鈣鈦礦及其疊層電池研究為基礎,在柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽電池方面取得進展。該團隊報道了柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池。該電池的穩態認證效率和功率質量比分別達到22.8%和3.12 W g−1,代表了高效柔性太陽能電池中最高功率質量比器件之一。該研究通過調節硅片厚度和陷光結構特征尺寸,提高超薄硅底電池的光吸收能力和力學穩定性;提出力學“中性面”滑移以提升鈣鈦礦/硅疊層電池柔性的作用機理;探討襯底結構對鈣鈦礦形貌和光電性質的影響,采用納米絨面改善鈣鈦礦薄膜晶體質量,抑制非輻射復合,促進載流子傳輸和提取以及抑制鈣鈦礦相分離。研究發現,柔性鈣鈦礦/硅疊層器件在經過3000次彎曲循環后仍保持98.2%的初始效率,并在經過100小時的工作穩定性測試后,柔性疊層器件也可以保持90.6%的初始效率,展現出較好的力學和工作穩定性。這一成果有望推動低成本、高性能和輕質柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的研發和應用。 相關研究成果以Ultrathin (~30 µm) flexible monolithic perovskite/silicon tandem solar cell為題,發表在《科學通報》(Science Bulletin)上。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國博士后科學基金、浙江省自然科學基金、浙江省重點研發計劃和寧波市重點研發項目的支持。 |