作為光伏行業(yè)新興的研究熱點,鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的光電轉(zhuǎn)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(tǒng)晶硅29.4%的理論極限效率,但尚無關(guān)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(shù)與工程研究所研究員葉繼春帶領(lǐng)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(wěn)態(tài)認證效率和功率質(zhì)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(zhì)量比器件之一。該研究通過調(diào)節(jié)硅片厚度和陷光結(jié)構(gòu)特征尺寸,提高超薄硅底電池的光吸收能力和力學穩(wěn)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(jié)構(gòu)對鈣鈦礦形貌和光電性質(zhì)的影響,采用納米絨面改善鈣鈦礦薄膜晶體質(zhì)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(fā)現(xiàn),柔性鈣鈦礦/硅疊層器件在經(jīng)過3000次彎曲循環(huán)后仍保持98.2%的初始效率,并在經(jīng)過100小時的工作穩(wěn)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(xiàn)出較好的力學和工作穩(wěn)定性。這一成果有望推動低成本、高性能和輕質(zhì)柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的研發(fā)和應用。 相關(guān)研究成果以Ultrathin (~30 µm) flexible monolithic perovskite/silicon tandem solar cell為題,發(fā)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(fā)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(fā)計劃和寧波市重點研發(fā)項目的支持。 |