结合硅和钙钛矿的太阳能电池

2018-12-27 09:39:28
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在光伏技术领域,硅基太阳能电池占据了90%的市场份额。在成本,稳定性和效率方面(市场上典型的太阳能电池为20-22%),它们远远领先于竞争对手。

然而,经过数十年的研究和投资,硅基太阳能电池现已接近其最高理论效率。因此,需要新的概念来实现太阳能电价的长期降低,并使光伏技术成为更广泛采用的发电方式。

一种解决方案是将两种不同类型的太阳能电池放置在彼此之上,以最大化光线转换成电能。这些“双结”细胞正在科学界广泛研究,但制造成本很高。现在,纳沙泰尔的研究团队 - 来自EPFL的光伏实验室和CSEM光伏中心 - 已经开发出一种经济上具有竞争力的解决方案。他们将钙钛矿电池直接集成在标准的硅基电池上,获得了25.2%的记录效率。他们的生产方法很有前景,因为它只会为当前的硅电池生产过程增加一些额外的步骤,而且成本合理。他们的研究成果发表在Nature Materials上。

硅藻土上的钙钛矿:纳米三明治

在过去几年中,钙钛矿的独特性质引发了对其在太阳能电池中的应用的大量研究。在九年的时间里,这些细胞的效率提高了六倍。钙钛矿允许以可能有限的生产成本实现高转换效率。

在串联电池中,钙钛矿与硅相互补充:它可以更有效地转换蓝光和绿光,而硅可以更好地转换红光和红外光。“通过结合这两种材料,我们可以最大限度地利用太阳光谱并增加产生的电量。我们所做的计算和工作表明,很快就能实现30%的效率,”该研究的主要作者Florent Sahli说。和JérémieWerner。

然而,通过叠加这两种材料来创建有效的串联结构并非易事。“硅表面由一系列约5微米的金字塔组成,它捕获光并防止其被反射。然而,表面纹理使得难以沉积均匀的钙钛矿膜,”Quentin Jeangros解释说,他是共同撰写的。纸。

当钙钛矿以液体形式沉积时,如通常那样,它在金字塔之间的谷中积聚,同时使峰未被覆盖,导致短路。

确保最佳微观结构的关键层

EPFL和CSEM的科学家通过使用蒸发方法形成完全覆盖金字塔的无机基层,解决了这个问题。该层是多孔的,使其能够保留液体有机溶液,然后使用称为旋涂的薄膜沉积技术添加该溶液。研究人员随后将基板加热至150°C的较低温度,以在硅金字塔顶部结晶出均匀的钙钛矿薄膜。

“到目前为止,制造钙钛矿/硅串联电池的标准方法是在将钙钛矿电池放置在其上之前,使硅电池的金字塔平整,从而降低其光学性能,从而降低其性能。还增加了步骤到制造过程,“Florent Sahli说。

更新现有技术

新型串联电池具有高效性,可与单晶硅基技术直接兼容,这些技术受益于长期的工业专业知识,并且已经在生产中获利。“我们建议使用已经投入使用的设备,只需添加几个特定阶段。制造商将不会采用全新的太阳能技术,而只是更新他们已经用于硅基电池的生产线,” Christophe Ballif,EPFL光伏实验室和CSEM光伏中心负责人。

目前,研究仍在继续,以进一步提高效率,使钙钛矿薄膜更具长期稳定性。尽管该团队取得了突破性进展,但在他们的技术可以采用商业化之前仍有工作要做。

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