【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】太陽能光伏發(fā)電是一種取之不盡用之不竭的清潔可再生能源技術(shù)，截止2021年全球累積裝機量接近1TW，成為解決全球能源危機和極端氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)手段之一。
 

　　近日，中科院上海微系統(tǒng)所微系統(tǒng)技術(shù)重點實驗室劉正新研究員團隊聯(lián)合電子科大劉明偵教授團隊，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)成果于2022年8月19日以“Fully Textured, Production-line Compatible Monolithic Perovskite/silicon Tandem Solar Cells Approaching 29% Efficiency”為題在Advanced Materials 上發(fā)表(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206193)。
 

　　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)中的又一重大技術(shù)突破。
 

　　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)的未來可能第一個實現(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)。
 

　　雖然實驗室鈣鈦礦/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一步提高疊層太陽電池轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。
 

　　鑒于此，兩個團隊聯(lián)合進行技術(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現(xiàn)界面能級匹配，并以此為支點搭配共蒸發(fā)+旋涂兩步法策略，在SHJ太陽電池頂部實現(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。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。
 

　　該課題的成果是在“中國科學(xué)院科技支撐碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略行動計劃”的驅(qū)動下，充分發(fā)揮我所在該領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢、積極開展合作研究所取得的。該工作得到中科院“鴻鵠先導(dǎo)專項”(XDA17020403)、微系統(tǒng)技術(shù)重點實驗室基金項目的支持。