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柔性双面锌黄铜太阳能电池效率为9.3%

2021-06-04 16:29:08来源:

Kesterite是下一代薄膜太阳能电池最有前途的吸光材料之一。然而,到目前为止,它仅在研究层面发现了有限的应用,效率一直在 10% 左右徘徊。

黄铜矿由丰富的元素组成,最常见的是铜、锡、锌和硒。与已经占光伏制造一小部分份额的铜铟镓硒 (CIGS)化合物不同,所有这些材料都拥有完善的供应链,可以吸收太阳能行业的一些额外需求而不会出现重大问题。

考虑到这一点,中国福州大学的一组研究人员开发了一种柔性双面黄铜矿 (CZTSSe) 光伏器件,据称该器件适用于室内外空间光伏应用。

黄铜矿单元具有对称构型,两侧具有相同的结构和形态。前后电池堆都沉积在钼(Mo) 箔上。每个电池的活性面积为 0.21 cm2,由二硒化钼 (MoSe2)制成的电极、CZTSSe 层、硫化镉 (CdS) 缓冲层、氧化锌 (ZnO) 层、透明导电涂层构成氧化铟锡 (ITO) 和银 (Ag)。

为了降低制造成本,研究小组决定通过循环旋涂方法在箔的两侧沉积相同的层。“旋涂和退火过程通过在正面和背面交替重复九次,以获得双面预制 CZTSSe 薄膜,”它解释说。CdS 层通过化学浴沉积 (CBD) 方法沉积。制造过程还包括硒化处理和真空溅射和蒸发方法。

双面太阳能电池的正面效率为9.3%,开路电压为436 mV,短路电流为33.76 mA/cm2,填充因子为63.2%。电池背面功率转换效率达到9.0%,开路电压434mV,短路电流33.7mA/cm2,填充因子61.7%。研究人员表示:“在 1.5–18.5 mW/cm2强度的弱 LED 灯照明下,这些设备还表现出 6–8.8% 的良好性能。”

将未封装的电池放入老化箱中,在标准“一个太阳”强度的连续光照下几天,每天测试一次。经过 14 天的测试,该设备的性能比其初始性能下降了不到 5%。

据其创造者称,双面光伏器件可以弯曲和拉伸,而不会影响其功率转换效率。两个电池能够在不同的照度下独立工作,并通过并联电路共同输出电流。科学家们总结道:“双面器件可以直接利用全向光,并通过基板旋转产生周期性变化的电流。”“双面柔性CZTSSe太阳能电池的研究为室内装饰集成光伏提供了新的前景。”

该装置在论文《用于室内光伏应用的新型对称双面柔性 CZTSSe 薄膜太阳能电池》中有所描述,该论文发表在 NatureCommunications 上。