钙钛矿和CIGSE半导体薄膜串联电池

钙钛矿和CIGSE半导体薄膜串联电池

一个HZB小组已经制造出一种由钙钛矿和CIGSE制成的薄膜串联太阳能电池,并对其进行了表征。他们依赖于一种简单、坚固的制造工艺,这种工艺也适用于扩大到大的表面积。串联式太阳能电池是一种全薄膜装置,效率高达21.6%。随着进一步的改进,它可能达到30%以上的效率。

串联太阳能电池由两个带隙不同的半导体组成,使它们能够使用太阳光谱中较大的一部分来发电。当传统的吸收层如硅或铜铟硒化镓(CIGSE)与新的金属卤化物半导体钙钛矿结合时,这一概念尤其成功。这是因为钙钛矿能非常有效地将阳光中蓝色的高能部分转化为电能,而硅或雪茄能有效地将红色和近红外部分转化为电能。

CIGSE和钙钛矿薄膜组合

HZB的研究人员现在已经将一种由CIGSE制成的薄膜太阳能电池与一层薄的钙钛矿结合在一起。CIGSE薄膜生长在基板上,导致CIGSE表面通常粗糙且不规则。这使得钙钛矿顶部电池采用湿化学方法的应用变得更加困难。

超薄层提高电池效率

HZB团队与埃因霍温理工大学合作,首次通过在CIGSE层上施加超薄但保形的中间层来改善串联太阳能电池的性能,然后在HZB的Hysprint实验室将钙钛矿层旋涂在其上。以这种方式产生的串联太阳能电池将21.6%的太阳光谱转化为电能。这种功率转换效率保持稳定。

制造需要最少的能量

尽管目前硅和钙钛矿制成的串联电池的效率更高,理论上,CIGSE钙钛矿串联电池也可以达到这些效率。此外,新型的CIGSE钙钛矿串联电池是一种全薄膜器件。这意味着,新的串联电池是由薄层的CIGSE和钙钛矿制成的,因此其制造过程中消耗的材料和能量极低。

批量生产可行

HZB Institute Pvcomb的主任Rutger Schlatmann教授指出:“这种串联电池是在一个粗糙的、未经处理的CIGS底部电池上制造的,它简化了制造过程,在大规模生产方面具有巨大的优势。”

这种串联太阳能电池是在0.8平方厘米的面积上实现的,比实验室研究中常用的平方毫米面积要大得多。

“记录值只在一平方厘米或更大的面积内被识别,但是我们的细胞面积略低于这个阈值。因此,我们现在的重点是通过一个独立的机构来证明这种串联式太阳能电池的效率及其巨大的性能”,HZB一个年轻研究小组的负责人,由联邦教育和研究部(BMBF)资助的Steve Albrecht教授说。

展望:可能的效率超过30%

利用电子显微镜和其他测量方法,第一作者、Steve Albrecht团队的博士后Marko Jost博士和他的同事分析了串联细胞的保形层结构,并能够确定单个子细胞对串联细胞性能的贡献。他们的研究指出了进一步改进整体式钙钛矿/CIGSE串联电池并达到30%以上效率的方法。

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