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寧波材料所在鈣鈦礦/黑硅TOPCon疊層太陽電池研究方面取得進展
作者:,日期:2022-10-17

  鈣鈦礦/硅疊層電池兼具鈣鈦礦和晶硅太陽電池的優點,能夠更加有效地利用太陽光譜并獲得更高的輸出電壓,被認為是未來太陽能電池高效化發展的一個重要方向,能大幅降低太陽能發電成本。目前兩端口鈣鈦礦/硅疊層電池的底電池或采用拋光的平面結構來兼容鈣鈦礦的溶液法加工工藝,或采用金字塔微絨面結構來兼容傳統晶體硅的標準制絨工藝。然而前者會提高加工成本并降低光學性能,后者則會影響溶液法鈣鈦礦的薄膜質量。因此,如何在兼容傳統鈣鈦礦溶液法制備工藝的前提下,利用具有織構化的硅底電池提高鈣鈦礦/硅疊層電池的光電流響應,是進一步提升疊層器件效率的關鍵。

  近期,中國科學院寧波材料技術與工程研究所新能源所硅基太陽電池及寬禁帶半導體團隊在葉繼春研究員的帶領下在前期晶體硅和鈣鈦礦太陽電池研究的基礎上(Energy Environ. Sci. 2021, 14, 6406; Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2110698; Nano Energy 2022, 100, 107529; Adv. Sci. 2021, 8, 2003245; J. Mater. Chem. A 2021, 9, 12009),在高效鈣鈦礦/硅疊層電池領域又取得了新的進展。該團隊提出一種基于黑硅納米絨面的鈣鈦礦/硅疊層太陽電池,認證效率達到28.2%。其器件采用了與產業化相兼容的濕法黑硅納米絨面和PECVD隧穿氧化硅鈍化接觸結構(TOPCon)的設計,并通過表面堿重構技術同步提升子電池的光學和電學響應;同時,黑硅納米絨面還可以有效地提高鈣鈦礦前驅液和反萃取溶劑的表面潤濕性,易于實現鈣鈦礦活性層的大面積制備,并通過納米尺度的限域效應誘導鈣鈦礦晶粒的垂直縱向生長,從而提升鈣鈦礦晶體質量并促進頂電池中載流子的分離和收集;此外,黑硅納米絨面還可以有效釋放鈣鈦礦薄膜的殘余應力,提高疊層器件的長期光照工作穩定性。

  相關成果以“Monolithic perovskite/black-silicon tandems based on tunnel oxide passivated contacts”為題發表于Cell出版社旗艦期刊Joule(DOI:10.1016/j.joule.2022.09.006),博士后應智琴為第一作者,楊熹副研究員和葉繼春研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃(2018YFB1500103)、浙江省能源集團(grant no. znkj-2018-118)、浙江省重點研發計劃(2021C01006)等項目的支持。(相關論文信息:https://authors.elsevier.com/c/1fuxa_vpkkEoqO

基于黑硅納米絨面和隧穿氧結構的兩端口鈣鈦礦/硅疊層太陽電池

 ?。ㄐ履茉此?硅基太陽能及寬禁帶半導體團隊)

  

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