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【科技前沿】鈣鈦礦太陽能電池研究實現新突破
作者:西安電子科技大學 時間:2019-10-22 9:59:00 

西安電子科技大學微電子學院郝躍院士團隊的陳大正博士最近在Journal of Materials Chemistry A期刊上首次報道了一種基于TeO2/Ag透明電極的正型(n-i-p)異質結雙面高效鈣鈦礦太陽能電池,該電池分別獲得了20.96%17.36%的雙面能量轉換效率,雙面因子達到82%,為同期國際最高水平,該成果入選2019 Journal of Materials Chemistry A HOT Papers

雙面(bifacial)光伏電池是一種正面和反面都可以接受光照而產生電流、電壓的器件。在同等面積下,雙面電池單位面積發電量比單面電池有了極大的提升,平均高出10%~35%左右,已經成為一種降本增效的新興高效光伏發電技術。近年來,憑借吸光系數高、載流子壽命長、電荷遷移率高等優異性能,基于有機金屬鹵化物半導體吸光材料的鈣鈦礦太陽能電池一直廣受關注。

突破鈣鈦礦太陽能電池的頂電極材料是最為關鍵的,這是因為頂電極材料同時要求具有良好的透光性與導電性。郝躍院士指出金屬薄膜電極因具有電導率高、工藝成熟、機械柔性好、適合大面積制備的特點,是極具潛力的透明電極材料。然而,金屬薄膜在可見光和近紅外區域的相對較差的透光率限制了其直接應用。為此,團隊在鈣鈦礦電池中引入了一種新型的TeO2/Ag光場調節電極結構,通過在超薄Ag(11 nm)頂電極上增加了一層TeO2(40 nm)光學耦合層,顯著改善了電極的透光性,大幅提升了光電流密度;同時使用PEAI界面修飾,實現了開路電壓和填充因子的有效提升,使大面積鈣鈦礦太陽能電池也表現出了優異的光電性能和穩定的工藝重復性。

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 (a)雙面鈣鈦礦太陽能電池JV特性;(b)不同透明電極的透光率比較;(c)雙面鈣鈦礦太陽能電池效率統計,插圖為TeO2/Ag電極實物照片;(d)理論計算的雙面鈣鈦礦太陽能電池JV特性;(e)(f)分別為不同照射方向下的穩態輸出特性。

這項研究工作實現了效率超過20%的雙面鈣鈦礦太陽能電池,是對雙面光伏發電技術的成功探索,也為高效鈣鈦礦太陽能電池的進一步發展與應用發展奠定了基礎。另外,團隊在近一年內先后在Advanced Energy MaterialsNano EnergyJournal of Materials Chemistry AACS Applied Materials & InterfacesSolar RRL等重要期刊上發表了多篇論文。微電子學院張春福教授評述說:進一步理論計算表明,采用TeO2/Ag透明頂電極的鈣鈦礦太陽能電池在AM1.5G下可以分別獲得22.65%22.53%的雙面轉換效率,雙面因子達到99%,這充分展示了雙面鈣鈦礦太陽能電池的發展潛力,也為下一步研究指明了方向。

 

來源:西安電子科技大學
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