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成果推介:新型高稳定锑基高效薄膜太阳能电池

发布时间:2022-05-13

  • 成果背景

    全球经济的快速发展和人口膨胀,能源问题正成为世界各国共同面临的重大课题。太阳能资源因其数量巨大,用之不竭,取之不尽,清洁无污染的特点成为国际上公认的理想替代能源。太阳能电池光伏发电技术则是太阳能被人类利用的一条重要的可行途径。目前的硅基太阳能电池材料用量大,纯度要求高;化合物薄膜太阳能电池的瓶颈问题主要集中于材料价格和含有剧毒元素。

    当前锑基薄膜太阳能电池发展依据其结构主要分为介观太阳能电池和锑基平面结太阳能电池。介观电池虽然利用了锑基材料的强吸光能力,但介观结构器件较高的比表面积加大器件的界面复合,同时介观电池的液态电解质的参与降低了电池的可靠性和均一性。因此,最新国内外研究主要转向于平面结电池。但是,平面结电池工作稳定性较差,本项目鉴于锑基电池优异的物性和面临的瓶颈问题,对锑基平面结太阳能电池开展了一系列系统性和开创性的理论和实验研究。

  • 成果简介

  1. 首次在国际上开发了闪蒸法(RTE)高质量锑基薄膜沉积装备和沉积工艺,首次成功实现了全无机锑基平面结薄膜电池;

  2. 锑硫平面结电池方向:通过退火工艺,晶体取向控制和背接触优化获得了当时锑硫平面结电池最高的转化效率;

  3. 锑硒平面结电池方向:通过第一性原理和硒化锑晶体取向控制,发现了锑基电池晶界缺陷良性的重要特性,通过原位补氧和硒化锑的取向控制实现了高效稳定的锑硒平面结电池;

  4. 锑硒硫合金电池方向:综合硫基的高开压和硒基的大电流,在锑硒电池中引入20%的硫成分,实现了5.9% 的锑硫硒合金太阳能电池;

  5. 器件稳定性方面,系统性研究了无空穴传输层和采用P3HT作为HTM的锑硫和锑硒电池的稳定性。在一个标准太阳光的连续辐照下,经400 小时连续辐照,器件性能衰减小于10%,对应的Sb2Se3和Sb2S3薄膜电池分别达到美国可再生能源实验室认证的6%和4.2%光电转换效率,在锑基平面结电池中处于国际领先水平。

  • 成果意义

    当前的化合物薄膜太阳能电池发展的瓶颈问题主要是材料价格和含有剧毒元素,更为关键的是稳定的无机薄膜电池的原始核心专利基本被国外公司掌握,筛选出绿色无毒、价格低廉、储量巨大的锑基化合物,利用低成本、高效率的非硅基太阳能电池,实现与火电平价的光伏发电,对加快太阳能利用率,保障能源安全意义重大。

  • 负责人简介

  • 宋海胜, 研究员, 前瞻性光电转换器件实验室主任,武汉光电国家研究中心教授、博士生导师。从事下一代光伏太阳能电池、新型红外探测技术以及新型MOSFET相关研究。

    主要研究方向:

  1. 新型(下一代)全无机薄膜太阳能电池低成本、高效率研究;

  2. 新型胶体量子点薄膜高质量制备及高效红外探测和光伏应用;

  3. 新型场传输特性晶体管研究及在光电子领域应用。

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