【資料圖】

來源：雪球App，作者： SOLARZOOM智庫，（https://xueqiu.com/3439104632/230616682）

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太陽能光伏發(fā)電是清潔可再生能源技術(shù)。近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所微系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員劉正新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合電子科大教授劉明偵團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了轉(zhuǎn)換效率接近29%的鈣鈦礦/硅異質(zhì)結(jié)SHJ疊層太陽電池，成為迄今為止基于產(chǎn)業(yè)化全絨面SHJ太陽電池的最高效率。相關(guān)研究成果以Fully Textured, Production-line Compatible Monolithic Perovskite/silicon Tandem Solar Cells Approaching 29% Efficiency為題，發(fā)表在Advanced Materials上。

目前，單結(jié)硅異質(zhì)結(jié)SHJ太陽電池和鈣鈦礦太陽電池最高轉(zhuǎn)換效率分別為26.5%和25.7%。理論模擬計(jì)算結(jié)果顯示，基于高效SHJ太陽電池的鈣鈦礦疊層太陽電池轉(zhuǎn)換效率有望突破40.0%，是學(xué)術(shù)界公認(rèn)的未來可能第一個(gè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率超過30.0%的低成本商業(yè)化太陽電池技術(shù)。雖然實(shí)驗(yàn)室鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池轉(zhuǎn)化效率高達(dá)31.3%，但基于產(chǎn)業(yè)化SHJ全絨面底電池的鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池的最高認(rèn)證效率僅為25.2%。如何突破鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池制造技術(shù)限制，特別是全絨面SHJ底電池導(dǎo)致的疊層界面體漏電問題、上下子電池的電流匹配問題、復(fù)合結(jié)TCO薄膜的光電損失問題以及鈣鈦礦層的大面積涂敷均勻性問題等，成為進(jìn)一步提高疊層太陽電池轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。鑒于此，科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，以產(chǎn)業(yè)化高效SHJ太陽電池為基礎(chǔ)開發(fā)了高透光的ITO復(fù)合結(jié)，通過設(shè)計(jì)NiOx/2PACz([2-(9H-carbazol-9-yl)乙基]膦酸)作為ITO復(fù)合結(jié)上的超薄雜化空穴傳輸層實(shí)現(xiàn)界面能級(jí)匹配，并以此為支點(diǎn)搭配共蒸發(fā)+旋涂兩步法策略，在SHJ太陽電池頂部實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量鈣鈦礦層的保形沉積。研究發(fā)現(xiàn)，NiOx中間層有助于2PACz分子均勻地自組裝到全絨面的表面上，從而避免ITO和鈣鈦礦頂部電池之間的直接接觸，消除傳統(tǒng)工藝在全絨面SHJ底電池上的嚴(yán)重體漏電問題。該研究得益于這種巧妙的界面工程策略，在產(chǎn)業(yè)化全絨面的鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池上（1.2cm2）獲得了轉(zhuǎn)換效率高達(dá)28.84%的第三方認(rèn)證效率。

這是該課題組繼發(fā)現(xiàn)SHJ太陽電池?fù)诫s非晶硅（a-Si:H）薄膜中反常Staebler-Wronski效應(yīng)后（Nature Energy, 7 (2022) 427-437）, 在面向可產(chǎn)業(yè)化超高效太陽電池技術(shù)攻關(guān)中的又一重要技術(shù)進(jìn)展。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“鴻鵠專項(xiàng)”、微系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目的支持。

圖1.鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池制備簡易示意圖

圖2.鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池基本結(jié)構(gòu)及第三方認(rèn)證效率

關(guān)鍵詞： 太陽電池