鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)自2009年報(bào)導(dǎo)以來(lái),由于其高效能、低成本和簡(jiǎn)單制備工藝迅速引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。其核心材料鈣鈦礦具有優(yōu)異的光電特性,如高吸光係數(shù)、長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度和高載流子遷移率,使其成為下一代光伏技術(shù)的潛力選手。在過(guò)去十年間引發(fā)了廣泛的研究熱潮,并被認(rèn)為是最有潛力替代傳統(tǒng)硅太陽(yáng)能電池的下一代光伏技術(shù)之一。 近年來(lái),鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs) 的效率不斷提升,并在 NREL 的效率認(rèn)證數(shù)據(jù)中屢創(chuàng)新高。
疊層結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)自2017開始,在過(guò)去三年中,鈣鈦礦/晶硅疊層太陽(yáng)能電池的效率取得顯著的突破。以下是一些重要的突破及其學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊(duì):
Longi綠能科技公司 (2023年): 效率:33.9%,該效率突破由NREL認(rèn)證,是當(dāng)前世界紀(jì)錄。
沙特阿拉伯國(guó)王阿卜杜拉科技大學(xué) (KAUST) (2023年): 效率:33.7%,KAUST在2023年6月宣佈其鈣鈦礦/晶硅疊層太陽(yáng)能電池效率達(dá)到33.7%。
以上資料來(lái)源參考: 美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL)
鈣鈦礦/晶硅疊層太陽(yáng)能電池,更是被認(rèn)為是未來(lái)實(shí)現(xiàn)更高效率和更低成本的理想方案。然而,在空氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)寬帶隙鈣鈦礦 (~1.68 eV) 的可擴(kuò)展制備一直是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),因?yàn)樗謺?huì)加速鈣鈦礦薄膜的降解。
南京大學(xué)譚海仁教授團(tuán)隊(duì)近期取得重大突破,他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn),溶劑的性質(zhì)對(duì)水分干擾的影響程度至關(guān)重要。通過(guò)深入研究,他們發(fā)現(xiàn)正丁醇 (nBA) 由于其低極性和中等揮發(fā)速率,不僅可以有效緩解空氣環(huán)境中水分對(duì)鈣鈦礦薄膜的負(fù)面影響,還可以提高鈣鈦礦薄膜的均勻性,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展制備。
突破性的研究成果
利用正丁醇 (nBA) 的優(yōu)勢(shì),譚海仁教授團(tuán)隊(duì)成功在空氣環(huán)境下製備了高性能的寬帶隙鈣鈦礦薄膜,并將其應(yīng)用于鈣鈦礦/晶硅疊層太陽(yáng)能電池。該團(tuán)隊(duì)最終實(shí)現(xiàn)了令人印象深刻的效率:
雙面紋理化鈣鈦礦/晶硅疊層太陽(yáng)能電池,採(cǎi)用大尺寸金字塔結(jié)構(gòu) (2-3 微米),效率達(dá)到 29.4% (經(jīng)認(rèn)證為 28.7%)。
16 平方厘米的開孔面積,效率達(dá)到 26.3%。
Enlitech 設(shè)備的助力
譚海仁教授團(tuán)隊(duì)在研究中使用了光焱科技 (Enlitech) 的 QE-R 光伏/太陽(yáng)能電池量子效率量測(cè)方案 和 SS-X 系列太陽(yáng)光模擬器,這兩款設(shè)備在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能測(cè)試和評(píng)估中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
lQE-R 光伏/太陽(yáng)能電池量子效率量測(cè)方案可以測(cè)量不同波長(zhǎng)光照下器件的外部量子效率 (EQE),幫助研究人員分析光電轉(zhuǎn)換過(guò)程,優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)和材料選擇。該設(shè)備能夠提供關(guān)于器件在不同波長(zhǎng)下光電轉(zhuǎn)換效率的信息,幫助研究人員深入了解材料的光電特性,并優(yōu)化器件設(shè)計(jì),提高能量轉(zhuǎn)換效率。
lSS-X 系列 AM1.5G太陽(yáng)光模擬器可以精確模擬太陽(yáng)光譜,為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供真實(shí)的測(cè)試環(huán)境,確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。該設(shè)備模擬光譜的精度和穩(wěn)定性,對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能至關(guān)重要。
未來(lái)展望
未來(lái)可能運(yùn)用的領(lǐng)域
l建筑整合光伏(BIPV): 提供可觀的電力輸出,同時(shí)兼具美觀和功能性。
l移動(dòng)裝置:其輕薄和高效能,疊層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以用于移動(dòng)裝置如智能手機(jī)、筆記本電腦和無(wú)人機(jī)等,提供持久的電力支持。
l大規(guī)模電力生產(chǎn):有望在大規(guī)模光伏電站中應(yīng)用,為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的可再生能源。
l穿戴設(shè)備:其靈活性和高效能,可以為智能手錶和其他可穿戴設(shè)備提供持續(xù)的電力來(lái)源。
譚海仁教授團(tuán)隊(duì)的突破性研究成果,為鈣鈦礦/晶硅疊層太陽(yáng)能電池的大規(guī)模生產(chǎn)開闢了新的道路,也標(biāo)志著該技術(shù)朝著商業(yè)化應(yīng)用邁出了重要一步。未來(lái),研究人員將繼續(xù)探索更有效的材料和工藝,進(jìn)一步提高鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性,推動(dòng)該技術(shù)成為下一代光伏技術(shù)的核心力量。
Fig S15. 顯示了 8 個(gè)獨(dú)立的 0.049 cm2 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的 EQE 光譜。展示了不同器件的 EQE 特性。
Fig S17. 顯示了器件 (1.044 cm2 開孔面積) 的 J-V 曲線。展示了器件的電流-電壓特性。
Fig S22. 顯示了具有較厚鈣鈦礦層的器件的 J-V 曲線。展示了器件的電流-電壓特性。
Fig. S23 顯示了具有較厚鈣鈦礦層的器件的 EQE 曲線。展示了器件的外部量子效率特性。
Fig. S32 顯示了具有和沒(méi)有鈣鈦礦過(guò)濾器的紋理化硅異質(zhì)結(jié)的 J-V 曲線。展示了鈣鈦礦過(guò)濾器對(duì)器件性能的影響。
Fig. S37 顯示了 (a) 鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池的圖像,以及 (b) 刮刀涂佈的紋理化單片式鈣鈦礦/SHJ 串聯(lián)電池 (16 cm2) 在不同位置的 EQE 光譜。
Fig. S42 顯示了鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池 (16 cm2) 的 J-V 曲線。
本參數(shù)采用光焱科技QE-R 光伏 / 太陽(yáng)能電池量子效率測(cè)量解決方案及SS-X 系列AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜太陽(yáng)光模擬器
參考文獻(xiàn): Solvent engineering for scalable fabrication of perovskite/silicon tandem solar cells in air. nature communications
推薦設(shè)備_
1. SS-PST100R AM1.5G 可變標(biāo)準(zhǔn)光譜模擬光源
具有以下特色優(yōu)勢(shì):
l采用光焱最新的單氙燈光源光譜控制技術(shù),可在單一氙燈光源下將光譜修飾,達(dá)到氙燈加鹵燈雙光源光譜等級(jí)。
l輸出光譜由 300-1700nm 均可符合 1.5G 光譜要求其平均光譜失配 ≤ 6% (IEC 60904-9:2020) 。
l僅采用單氙燈,因此無(wú)雙光源兩燈泡壽命不匹配,以及一般鹵燈僅 50 小時(shí)壽命之問(wèn)題。
l具有A++光譜等級(jí),其氙燈壽命可超過(guò)1,000小時(shí),克服了雙光源鹵素?zé)魺襞輭勖坏?/span>50小時(shí)之缺點(diǎn)。
l大幅縮減光源調(diào)校時(shí)間,并增加系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性。
單燈源的設(shè)計(jì),相較多燈珠 LED 型的模擬器有更好的 SPC 光譜覆蓋率與更低的 SPD 光譜偏差率,可提供更為準(zhǔn)確的疊層太陽(yáng)能電池測(cè)試結(jié)果。