《薄膜硅光伏技术的最新进展及存在的挑战》

  • 来源专题:可再生能源
  • 编译者: 董璐
  • 发布时间:2015-07-22
  • 本文主要回顾了在非晶和纳米晶硅及其合金基础上,一些薄膜硅光伏(光伏)技术的最新成就和挑战。我们主要关注材料和设备的发展,包括:
    (i)改进的等离子体沉积工艺,实现高质量的高密度吸收材料;
    (ii)基于四氟化硅吸收层,提高在近红外吸收和产生的高频短路电流密度;
    (III)接口与设备架构的专门优化,以及增强光捕获的多尺度纹理基板和在非活动层减少寄生吸收。本文将描述如何通过结合所有改进措施并在大面积等离子体的精确控制下,实现在细胞层面的稳定效率超过13%。

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  • 《用于高效太阳能电池的光伏材料的最新进展》

    • 来源专题:工业强基
    • 编译者:张欣
    • 发布时间:2024-07-05
    • 太阳能是向更环保、更可持续的做法过渡的核心。全球向可持续能源的转变对高效太阳能电池的先进光伏材料产生了需求。本文讨论了用于高效太阳能电池的光伏材料的最新发展。2023年,多份期刊发表了多项研究,探讨光伏材料增强以提高太阳能电池效率。下面将讨论其中一些值得注意的研究。 用微型CPV推进光伏技术 在2023年6月发表的一项最新研究中,研究人员解决了聚光光伏(CPV)面临的挑战,该技术使用高效多结太阳能电池和光学器件来集中阳光,以提高能源生产。该研究介绍了新型微型CPV,重点是将太阳能电池和光学元件小型化以降低成本。Micro CPV旨在利用新的系统架构和高通量制造方法,在降低材料体积的同时保持高电气效率。 该研究强调技术进步、与微型发光二极管显示器制造等行业的协同作用以及组装工艺的发展,以促进微型CPV的商业应用。这种微规模方法实现了创新的模块架构,如集成跟踪和混合CPV/硅光伏系统,为屋顶安装和空间受限场景等各种应用提供了更好的性能和成本效益。这项研究强调了微型CPV在低成本、高效光伏发电方面的潜力。 优化钙钛矿材料提高室内太阳能效率 另一项研究也于2023年6月发表在《今日材料通讯》杂志上,重点是推进室内钙钛矿太阳能电池(IPSCs),为物联网(IoT)设备高效供电。利用钙钛矿太阳能电池(PSCs)的进展和对IoT日益增长的需求,该研究采用机器学习(ML)来预测对高效IPSCs至关重要的不同钙钛矿成分的带隙。ML模型被称为带隙预测模型(BPM),可以准确预测钙钛矿带隙,从而确定适合IPSC的材料。 该研究通过相关矩阵和SHAPley分析来评估影响带隙的关键特征的重要性。所选的钙钛矿材料在BPM的指导下,在室内照明下表现出超过35%的效率,显示出开发用于室内应用的高效IPSC的潜力。这种方法简化了钙钛矿成分的选择,以实现可持续和节能的室内环境。 提高SHJ太阳能电池的效率 在另一项研究中,研究人员探讨了沉积温度对用于硅异质结(SHJ)太阳能电池的氢化本征非晶硅薄膜的影响。研究发现,较低的沉积温度(140–200°C)导致(i)a-Si:H薄膜的密度降低,阻碍了表面钝化能力。然而,额外的氢等离子体处理(HPTs)显著提高了低温沉积膜的钝化质量。研究结果强调了对优异的表面钝化和较少缺陷的(i)a-Si:H块体的需求,以优化电荷载流子收集。 光伏用平衡溴 在另一项新的研究中,研究人员引入了一种突破性的方法,以最大限度地发挥溴化小分子受体(SMA)在有机太阳能电池(OSCs)中的潜力。尽管溴在调节能级和结晶度方面具有独特的优势,但由于不希望的膜形态,高性能溴化SMA是罕见的。 该研究通过战略性地溴化中心单元(CH20、CH21和CH22)而不是传统的端基来应对这一挑战。这一创新增强了分子间堆积和结晶度,同时减轻了空间位阻问题。值得注意的是,基于PM6:CH22的OSC实现了19.06%的破纪录效率,展示了通过在CH系列SMA上精确溴化实现高性能OSC的巨大潜力。这项研究强调了实现溴优势最大化和克服其局限性所需的微妙平衡,为有机光伏的发展开辟了新的途径。 绿色太阳能创新 在2023年4月的一项研究中,研究人员探索了四元化合物铜锰锡硫化物(Cu2MnSnS4)作为薄膜太阳能电池(TFSC)的潜在吸收半导体。该研究系统地研究了影响性能的各种参数,如活性材料厚度、掺杂浓度、缺陷密度、工作温度和金属接触。 最这项研究强调了与传统选择相比,这些材料在环境和成本方面的优势,标志着太阳能领域的重大发展。 结论 用于高效太阳能电池的光伏材料的最新进展突出了可持续能源解决方案的前景。Micro CPV引入了一种新的方法,将太阳能电池小型化以提高效率和降低成本,为创新的模块架构铺平了道路。对室内钙钛矿太阳能电池的研究证明了机器学习在材料选择方面的集成,为物联网设备实现了卓越的效率。SHJ太阳能电池中(i)a-Si:H膜的优化强调了表面钝化在实现24%以上的效率方面的关键作用。 平衡小分子受体中溴的突破性方法在有机太阳能电池中展示了破纪录的效率,而Cu2MnSnS4的探索表明了一种具有环境和成本优势的潜在吸收半导体。这些发展共同有助于实现更绿色的未来。
  • 《我国科研人员在无机光伏材料薄膜化领域取得新进展》

    • 来源专题:能源情报网监测服务平台
    • 编译者:郭楷模
    • 发布时间:2025-09-18
    • 记者从南京邮电大学获悉,该校柔性电子全国重点实验室黄维院士和辛颢教授团队,用溶液法获得大面积“铜锌锡硫硒”光伏薄膜,并以10.1%的光电转化效率,验证了无机化合物制备柔性光伏材料的产业化潜力。国际学术期刊《自然·能源》9月15日在线发表相关成果。   据辛颢介绍,第一代光伏材料晶体硅质地坚硬,当前光伏领域的研究热点是将光伏材料变得柔软、轻薄,甚至可以缝在衣服上。钙钛矿等新一代光伏材料虽然容易制成薄膜,但性能尚不稳定。在此背景下,第二代光伏材料“铜铟镓硒”重回研究人员视野。 “‘铜铟镓硒’因薄膜良品率低,且铟和镓的成本高,长期没有突破。”辛颢告诉记者,2021年,她和团队将铟和镓换成锌和锡,又用溶液法取代传统的真空法,制备出0.1平方厘米的“铜锌锡硫硒”光伏薄膜,光电转化效率达到13%。   但国际上通常认为,光伏组件的面积超过10平方厘米,光电转化效率才有实际意义,可随着薄膜面积放大,光电转化效率会大幅降低。经过4年多研究,团队发现,在溶液法制备薄膜的过程中,薄膜表面过早形成了致密结晶层,挡住了硒渗入薄膜内部的通路。   团队反复实验,精准调控溶液“配方”,提高薄膜孔隙率,让结构更疏松,以便硒充分渗入,改善了薄膜均匀性与表面平整度,成功制备出有效面积达10.48平方厘米的光伏组件。 经国际权威机构测试,该组件的光电转化效率达10.1%,并被国际《太阳能电池效率表》正式收录。   黄维表示,“铜锌锡硫硒”技术路线的优势在于原料储量丰富、无毒、成本低,此次研究成果标志着用溶液法制备无机柔性光伏材料不仅在理论上可行,而且具有产业化潜力。(记者陈席元)