创新技术为过氧化物酶-硅串联太阳能电池提供巨大的性能提升

2022年07月30日 14:19 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的研究人员发现,在多层过氧化物-硅串联太阳能电池中插入一个金属氟化物层可以阻止电荷重组并提高性能。在一个设备中结合了过氧化物和硅基子电池的串联太阳能电池有望比其传统的单结硅竞争对手更好地捕捉阳光并将其转化为电能,而且它们预计将以更低的成本实现这一目标。

然而,当阳光照射到包晶石太阳能电池时,产生的电子对和带正电的空穴往往会在包晶石和电子传输层的界面上重新结合,此外,这个界面上的能级不匹配阻碍了电池内的电子分离。这些问题共同降低了串联电池的开路电压,或最大工作电压,从而限制了设备性能。

通过在过氧化物和电子传输层(通常包括电子接受器富勒烯(C60))之间添加一层氟化锂,这些性能问题可以得到部分解决。然而,这些设备变得不稳定,因为锂盐很容易液化并通过表面扩散。主要作者Jiang Liu是Stefaan De Wolf小组的博士后,他说:"没有一个装置通过了国际电工委员会的标准测试协议,促使我们创造一个替代方案"。

Liu、De Wolf及其同事系统地研究了其他金属氟化物的潜力,如氟化镁,作为串联电池中过氧化物/C60界面的夹层材料。他们在添加C60和顶部接触元件之前,在过氧化物层上热蒸发金属氟化物以形成厚度可控的超薄均匀薄膜。该夹层也是高度透明和稳定的,符合倒置p-i-n太阳能电池的要求。

氟化镁夹层有效地促进了过氧化物活性层的电子提取,同时将C60从过氧化物表面置换出来。这减少了界面上的电荷重组。它还增强了整个子电池的电荷传输。由此产生的串联太阳能电池的开路电流电压增加了50毫伏,认证的稳定电力转换效率为29.3%--这是过氧化物酶-硅串联电池的最高效率之一。

Liu说:"考虑到主流晶体硅基单结电池的最佳效率是26.7%,这项创新技术可以在不增加制造成本的情况下带来可观的性能提升。"

为了进一步探索这项技术的适用性,研究小组正在开发可扩展的方法,以生产面积超过200平方厘米(31平方英寸)的工业级过氧化物酶-硅串联电池。刘说:"我们还在开发几种策略,以获得高度稳定的串联设备,这些设备将通过关键的工业稳定性协议。"

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