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《非晶硅/单晶硅异质结高效太阳电池》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： chenss
  • 发布时间：2015-06-13

  • 硅异质结技术（四HJT）是晶体硅光伏的热点话题，因为它可以使太阳能电池的能量转换效率达到20%以上，其工业生产水平也是同样。这种太阳能电池组成包括单晶硅片上覆盖非晶硅薄层。这种结构的关键是利用宽带隙薄膜插入接触晶体表面的高重组活性位移（欧姆）。为了达到充分的设备潜力，异质界面态密度应该最小。实际上，仅有几纳米的氢化非晶硅薄膜（a-Si∶H）是其有吸引力的候选：其带隙比单晶硅大，而且在本质上这种薄膜可通过氢化减少单晶硅表面态密度。此外，无论是n型或p型，这些薄膜的掺杂相对容易，从而以饱和电流密度记录低值制作（光刻自由）触点。已由日本三洋报道此类超大面积（大于100平方厘米）设备的能量转换效率（约23%）。

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相关报告

  • 《钙钛矿/晶硅串联太阳电池创下25.2%光电转换效率记录》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2018-09-12
    • 传统单结晶硅太阳电池由于固有的禁带宽度特性，受到肖克利•奎伊瑟效率极限制约，转换效率极限值只能达到 29.4%，无法突破 30%效率大关，而串联结构太阳电池（双结或者多结）为科学家提供了突破极限效率的可能。瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）Christophe Ballif教授课题组和瑞士电子与微技术中心（CSEM）的研究人员合作开发出一种新型的钙钛矿（Perovskite）/单晶硅（Si）双端接触的串联电池，获得了高达25.2%的光电转换效率，刷新了该类型太阳电池转化效率的世界纪录。研究人员利用热蒸发和旋涂方法直接在晶硅底电池上沉积钙钛矿太阳电池薄膜，形成了双端接触的钙钛矿/单晶硅串联电池。其中硅底电池（禁带宽度1.1 eV）负责吸收近红外光谱，钙钛矿顶电池（禁带宽度1.6 eV）负责吸收紫外和可见光，从而实现太阳光谱的更大范围吸收和利用（太阳光的吸收截止点达到了1200 nm）。扫描电镜和原子力显微镜测试结果显示，钙钛矿薄膜电池均匀覆盖了底部的单晶硅电池。在一个标准太阳光照射下（受照面积为 1.42 cm2），Perovskite/Si串联电池平均稳态性能参数分别为短路电流密度19.5 mA cm−2、开路电压1.78 V、填充因子73%，最终获得了高达25.2%的稳态光电转换效率，通过了弗劳恩霍夫太阳能系统研究所检测实验室（Fraunhofer ISE CalLab）的测试认证，创造了双端接触 Perovskite/Si串联电池效率新高。更为重要的是，该串联电池的制备工艺简单易于放大，且与现有的电池生产线匹配，因此展现出了广阔的商业前景。下一步研究人员将对单电池制备、串联工艺和设计进行优化，以尽快让该类串联电池突破30%的效率大关。该项研究利用简单的制备工艺制造了钙钛矿/晶硅双端接触的串联电池，整合了两种太阳电池的优势，实现了太阳光谱更宽范围的响应，创造了该类电池转换效率的新记录，为提高太阳电池效率降低发电成本提供了新思路。相关研究成果发表在《Nature Materials》 。
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  • 《单晶钙钛矿太阳电池转换效率纪录超过21%》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2019-08-05
    • 尽管单结钙钛矿太阳电池效率已经突破24%，但与其理论极限转换效率（30.5%）相比还有很大的提升空间。目前主流研究主要聚焦在多晶钙钛矿薄膜器件，尽管该薄膜类型的器件效率较高，但由于多晶结构（多晶导致大量晶界和缺陷存在，引起载流子复合损失）导致基于该类薄膜电池器件的填充因子不是特别理想（目前大多数低于80%，而理论极限则是90%）。因此通过提升填充因子能够有效改善器件性能。阿卜杜拉国王科技大学Osman M. Bakr教授课题组采用液相法制备了厚达20 µm的甲基胺铅碘（MAPbI3）单晶薄膜，有效克服了多晶薄膜表面晶界面缺陷，显著提升了填充因子，高达83.5%，进而获得了高达21.09%的转换效率，创造了单晶钙钛矿太阳电池转换效率新纪录。 研究人员首先采用溶液空间限制的反温晶体工艺，在涂覆聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺（PTAA）薄膜的透明导电玻璃上制备了MAPbI3薄膜，平面和横截面的扫描电镜表征显示整个薄膜呈现光滑表面，且无“针孔”无晶界，是单晶钙钛矿薄膜，厚度达到了20 µm。接着在该单晶MAPbI3薄膜上继续旋涂富勒烯和浴铜灵，最后蒸镀上铜电极，制备出完整的倒置平面钙钛矿电池器件。在一个标准太阳光辐照下、惰性气氛中进行光电性能测试，电池获得了23.46 mA/cm2短路电流密度，1.076 V开路电压，以及高达83.5%的填充因子，从而获得了创纪录的21.09%光电转换效率，是迄今为止单晶钙钛矿太阳电池效率的最高值。研究人员指出，之所以获得如此高的填充因子主要是单晶薄膜不存在与多晶薄膜类似的晶界，有效地克服了晶界缺陷，使得非辐射的载流子损失呈现数量级的减少。为了排除辐照面积因素对电池填充因子的影响，研究人员更换了具有不同孔洞尺度的辐照面板，实验结果显示均在83%左右，即填充因子改善与辐照面积无关。稳定性测试发现，当将电池置于50%湿度的空气氛围中测试，电池性能会出现下降，但将电池重新放回手套箱（惰性气氛无湿度）48小时后，电池性能又恢复了，表明了空气氛围中电池性能下降与钙钛矿薄膜降解无关，而是由于单晶钙钛矿薄膜水合作用所致。研究人员下一步将致力于探索克服单晶薄膜水合作用的技术方案，以进一步提升电池稳定性。 该项研究采用溶液空间限制的反温晶体工艺制备了厚达20 µm的甲基胺铅碘（MAPbI3）单晶薄膜，有效克服了多晶薄膜表面晶界面缺陷，抑制了载流子非辐射的复合损失，在保持高电流高电压前提下，获得了超高填充因子，创造了单晶钙钛矿太阳电池转换效率纪录。相关研究成果发表在《ACS Energy Letters》 。
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