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效率高达25%的碲化镉-钙钛矿叠层太阳能电池

发布时间:

2024-05-29 11:24

研究人员表示,这款首创叠层电池由顶部钙钛矿电池、用铟锌氧化物制成的透明背面触点和商业化的底部碲化镉器件组成,并声称其效率或将达到30%。

太阳能电池示意图。图片:托莱多大学RLL Solar知识共享许可协议CC BY 4.0

美国托莱多大学的一个研究小组设计了一种四端(4T)叠层太阳能电池,其顶部器件依赖于禁带宽度可调的钙钛矿吸收层,底部电池使用商业化的窄带隙碲化镉(CdTe)吸收层技术。

科学家们表示:“人们已经在钙钛矿-硅、钙钛矿-CIGS和钙钛矿-钙钛矿叠层电池方面做了大量工作,而对钙钛矿-碲化镉叠层太阳能电池的探索相对较少。由于CdTe底部电池带隙更宽,CdTe叠层电池的效率潜力可能低于CIGS叠层电池。但是,CdTe太阳能电池可以成功地实现更广泛的商业化,因而引起了人们研究其薄膜叠层应用的兴趣。”

研究人员表示,太阳能电池的一个关键元件是用于禁带宽度可调的顶部钙钛矿电池的透明背面触点(TBC)技术。为了制作这些触点,他们使用铟锌氧化物(IZO)代替了广为接受的铟锡氧化物(ITO)。

他们采用射频(RF)磁控溅射技术制备IZO薄膜,这是一种在真空环境中以RF交替电流电势的方法。

研究人员还解释说,他们所做的工作旨在确定理想的IZO厚度,这对提高顶部半透明钙钛矿电池的性能和透光率起着至关重要的作用。这样可以增加钙钛矿带隙而允许更多的长波长光子透射并进入底部CdSeTe电池,并反过来补偿4T叠层配置中的典型光学损耗因子。

顶部电池由玻璃和铟锡氧化物(ITO)制成的基板、由氧化亚镍(NiOx)制成的空穴传输层(HTL)、甲基取代咔唑(Me-4PACz)膦酸层、钙钛矿吸收层、依赖于巴克明斯特富勒烯(C60)的电子传输层(ETL)、锡氧化物(SnOx)缓冲层和IZO背面触点构成。

底部电池设计包括由玻璃和ITO制成的基板、由氧化锡(SnO2)制成的ETL、碲化镉(CdTe)吸收层、碲化硒镉(CdSeTe)层、硫氰酸亚铜(CuSCN)HTL和金触点。

同时,顶部和底部电池都覆盖防反射涂层。

在将顶部电池的吸收层调谐至1.76eV的能量带隙时,叠层电池实现最佳配置,此时其总功率转换效率达到了25.1%。

研究发现,顶部电池的效率高达17.93%、开路电压为1.315伏、短路电流密度为17.11毫安/平方厘米且填充因子为79.7%。底部电池的效率为7.13%,开路电压为0.842伏、短路电流密度为11.15毫安/平方厘米且填充因子为76.0%。

研究人员表示:“这一结果证明,4T钙钛矿-CdSeTe叠层配置可以用来提高商业化CdSeTe薄膜太阳能电池的效率。”他们还透露,目前他们正在勾勒将该装置的效率提高到30%的路线图。“我们的分析表明,未来随着两种太阳能电池技术的进步,开发高效4T钙钛矿–CdSeTe叠层太阳能电池是可行的。”

您可以查阅近期发表在RRL Solar期刊上的题为“四端钙钛矿-CdSeTe叠层太阳能电池:从25%到30%及以上的功率转换效率”的研究了解新电池设计的详情。

在过去几年里,托莱多大学开发了多种类型的CdTe太阳能电池,包括:效率达20%的、基于商业化二氧化锡(SnO2)缓冲层的电池;效率为17.4%的、在CdTe薄膜的背面使用铜-氧化铝层的电池;以及基于铟镓氧化物(IGO)发射极层和作为前电极的锡酸镉(CTO)透明导电体的太阳能电池。



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