西湖大學(xué)未來產(chǎn)業(yè)研究中心、工學(xué)院王睿團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽電池領(lǐng)域取得重要成果。該團(tuán)隊(duì)將寬帶隙鈣鈦礦用于制備四端疊層和兩端柔性疊層電池分別獲得了30.13%和23.41%的光電轉(zhuǎn)換效率，成為該類疊層太陽電池目前報(bào)道的最高效率值，填補(bǔ)了我國在這一技術(shù)領(lǐng)域研究發(fā)文的空白。研究論文《二價(jià)陽離子替代策略穩(wěn)定寬帶隙鈣鈦礦用于銅銦鎵硒疊層太陽能電池》日前發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》，也是全球第一篇關(guān)于此類柔性疊層太陽電池研究的子刊及以上論文。
王睿表示，得益于材料本身優(yōu)異的光電性能和易于制備等特點(diǎn)，單結(jié)鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，從2009年的3.8%迅速提升到目前約27%，和目前最高效的晶體硅太陽電池的效率相當(dāng)，但兩者效率都已接近瓶頸。
把兩種不同的太陽電池上下疊在一起，效率會(huì)不會(huì)更高?是擺在王睿團(tuán)隊(duì)的一道考題。“如果把單結(jié)鈣鈦礦太陽電池比作一塊‘單層蛋糕’，疊層太陽電池便是多層口味。不同口味的蛋糕層對應(yīng)不同的半導(dǎo)體材料層，每一層都能‘捕捉’特定波長的太陽光。這樣一來，它就能吸收比‘單層’電池更廣泛的太陽光能量，更高效地將太陽光轉(zhuǎn)化為電能，從而突破單結(jié)太陽電池轉(zhuǎn)換效率天花板。”王睿的解釋形象生動(dòng)。
但制備疊層太陽電池，是個(gè)手藝活。王睿說，這塊“蛋糕”不僅有15層之多，而且對每一層的厚度、均勻性都有嚴(yán)格要求——每一層最好不要有孔洞，不同層的制備往往需要使用不同的儀器設(shè)備，并對參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格優(yōu)化和控制。“總之，光是把這一層層‘蛋糕’依次完好地疊起來，就已經(jīng)足夠復(fù)雜了。況且，光疊在一起還不夠。在兩端疊層太陽電池中，上下層的電流大小要能匹配起來。”
為此，王睿團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年嘗試探索，終于找到了優(yōu)化鈣鈦礦層以及其它層的制備工藝，在兩端柔性鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽電池技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了突破，最終獲得了23.41%的光電轉(zhuǎn)換效率。更難得的是，這是一種柔性輕薄的疊層太陽電池，其厚度僅相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的直徑，有望在未來應(yīng)用于建筑、汽車、飛行器、柔性可穿戴設(shè)備等不規(guī)則表面，實(shí)現(xiàn)其在日常工作狀態(tài)下的電力供給，如為新能源汽車、無人機(jī)等提升里程續(xù)航，為商業(yè)衛(wèi)星提供成本更低的電力來源等。“隨著未來該體系光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提升，有望拓展更多場景的柔性電池應(yīng)用等，進(jìn)而改善人們?nèi)粘Ｉ睢?rdquo;(光明日報(bào)全媒體記者晉浩天)
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