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新材料情报NMT | 十四种材料“完美优化”使太阳能电池效率再创新高

新材料情报NMT 2021-02-23 09:36 发文

《自然·能源》杂志近日发布,一组国际联合团队报告成功制造了钙钛矿/硅双层单片电池。


新系统使太阳能电池效率再创新高


2021年1月1日,比亚迪公开“光波转换材料及其制备方法和太阳能电池”专利,能够使得太阳能电池利用更宽波长范围的光,从提高光利用率上提高了太阳能电池的光电转换效率。

新材料情报NMT | 十四种材料“完美优化”使太阳能电池效率再创新高

专利申请中表示,目前的硅基太阳能电池光伏组件,光电转换率仍然有待改善。其中钙钛矿基太阳能电池仅仅能够控制钙钛矿吸收层晶体的生长,并无法控制后期钙钛矿晶体是否发生团聚,且控制过程操作复杂。硅基太阳能电池光伏组件中使用的常规玻璃,透光率都是在400~1000纳米之间这个可见光有限的光谱范围,从光转换根源上已削减了光利用率。

这项发明能够利用量子效应将400nm以下波长的紫外光转换成波长介于400~1000纳米之间可见光波,从而提高太阳能电池的光利用率。根据实验结果,相比硅基太阳能电池,采用这种光波转换材料的电池能够利用紫外光。

但就在近日,一组国际联合团队报告成功制造了钙钛矿/硅双层单片电池。在室外条件下,双面串联太阳能电池实现超出任何商用硅太阳能电池板的效率。这也是首次通过实验清晰证明了双面串联装置效能优越的证据。

钙钛矿太阳能电池,是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的第三代太阳能电池。此次研究团队分析了在各种真实光照和反照率条件下,想要获得最佳电流匹配所需的钙钛矿带隙。

研究中新的双面串联太阳能电池,其主体由硅层和钙钛矿层构成,同时还结合了许多其他化合物。最终,他们采用了较窄的钙钛矿带隙,具有透明背电极的器件结构依赖于反照率来增强底部电池中的电流产生,增强了钙钛矿顶部电池中的电流产生。

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该团队进而首次报告了在单面AM1.5G阳光的照射下,经认证的功率转换效率大于25%的双面串联配置,在户外实验场下,发电密度高达26mWcm-2的结果。对暴露在不同反照率下的性能进行比较后,研究团队得出了双面单片钙钛矿/硅串列太阳能电池利用环境中的漫反射光反照率,其性能优于单面钙钛矿/硅串列太阳能电池的结论。

此次研究涉及14种材料,其中每一种材料都必须进行所谓“完美优化”。串联装置的复杂性,正是这次最主要的挑战。

这次研究证明,使用双面串联配置,已超过目前公认的串联配置的性能极限。这种双面串联组合的新系统,不但可以搜集到更多的能量,还可以捕获许多原本被浪费掉的、从地面反射和散射的光,前所未有地增加串联太阳能电池的效能。

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