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21.7%刷新光電轉換效率世界記錄 首次實現大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件制備
2022年05月26日 11:25:19
來源：化工儀器網 作者：Lani 點擊量：4495
近日，南京大學現代工程與應用科學學院的譚海仁教授課題組和英國牛津大學的學者，運用涂布印刷、真空沉積等技術，在國際上首次實現大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件的制備。
【化工儀器網 時事熱點】太陽能電池是一種通過光伏效應將光能直接轉化為電能的電力設備，是一種獲取清潔能源的重要途徑。研究顯示，太陽能電池的光電轉換效率每提升1%，發電成本就能降低7%，因此研制更高效的太陽能電池對發展清潔能源、實現碳達峰碳中和等來說就變得至關重要。
近日，南京大學現代工程與應用科學學院的譚海仁教授課題組和英國牛津大學的學者，運用涂布印刷、真空沉積等技術，在國際上首次實現大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件的制備，開辟了大面積鈣鈦礦疊層電池的量產化、商業化的全新路徑。且經過國際權威第三方機構的認證，該組件穩定的光電轉換效率高達21.7%，是目前已知的鈣鈦礦光伏組件的世界最高效率。該成績已被《太陽電池世界紀錄表》收錄，相關成果也于近日在《科學》雜志發表。
傳統的單晶硅太陽能電池要以高純的單晶硅棒為原材料，其制備過程成本高、能耗大，且隨著技術的發展，現有的工業生產能力已經逼近晶硅單結太陽能電池光電轉化效率的極限。因此，近年來成本更低且更節能的鈣鈦礦太陽能電池成了研究熱點，給光伏產業的發展帶來新的機遇。
譚海仁教授坦言，“雖然實驗室小面積鈣鈦礦電池已取得很高的轉換效率，但大面積鈣鈦礦光伏電池塊的商業化進程依然面臨諸多挑戰”。要實現量產化制備，首先需要解決的難題是寬帶隙鈣鈦礦薄膜的大面積均勻制備。針對這個難題，研究團隊采用涂布印刷、真空沉積等制備技術替換實驗室常用的旋涂成膜工藝，是首次提出提出可量產化的全鈣鈦礦疊層電池制備方案，最終制備出20平方厘米的全鈣鈦礦疊層電池。
在全鈣鈦礦疊層光伏組件制備過程中的另一個難題是，在串聯型鈣鈦礦光伏組件中，每兩個子電池的連接區存在復雜的互連結構，互連區內由于鈣鈦礦吸光層與背面金屬電極間直接接觸，鈣鈦礦中鹵素離子會與電極中的金屬相互擴散，導致金屬材料被腐蝕、鈣鈦礦材料的電學性能下降，從而影響電池塊的光電轉換效率。對此，譚海仁教授表示，團隊在鈣鈦礦吸光層與背面金屬電極間，采用原子層沉積的方法制備了一層二氧化錫電子傳輸層以解決這一難題。
此創新性的組件結構設計，顯著提升了組件的制備重復性、光伏性能以及穩定性。大面積鈣鈦礦疊層光伏組件展現的潛力也激發了團隊更大的斗志。譚海仁教授表示，如果要推動該技術的產業化，還要在印刷、制備鈣鈦礦的工藝上做更多研發。
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