西湖大學(xué)未來(lái)產(chǎn)業(yè)研究中心、工學(xué)院王睿團隊在鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)電池領(lǐng)域取得重要成果。該團隊將寬帶隙鈣鈦礦用于制備四端疊層和兩端柔性疊層電池分別獲得了30.13%和23.41%的光電轉換效率，成為該類(lèi)疊層太陽(yáng)電池目前報道的最高效率值，填補了我國在這一技術(shù)領(lǐng)域研究發(fā)文的空白。研究論文《二價(jià)陽(yáng)離子替代策略穩定寬帶隙鈣鈦礦用于銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池》日前發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》，也是全球第一篇關(guān)于此類(lèi)柔性疊層太陽(yáng)電池研究的子刊及以上論文。
王睿表示，得益于材料本身優(yōu)異的光電性能和易于制備等特點(diǎn)，單結鈣鈦礦太陽(yáng)電池的光電轉換效率，從2009年的3.8%迅速提升到目前約27%，和目前最高效的晶體硅太陽(yáng)電池的效率相當，但兩者效率都已接近瓶頸。
把兩種不同的太陽(yáng)電池上下疊在一起，效率會(huì )不會(huì )更高?是擺在王睿團隊的一道考題。“如果把單結鈣鈦礦太陽(yáng)電池比作一塊‘單層蛋糕’，疊層太陽(yáng)電池便是多層口味。不同口味的蛋糕層對應不同的半導體材料層，每一層都能‘捕捉’特定波長(cháng)的太陽(yáng)光。這樣一來(lái)，它就能吸收比‘單層’電池更廣泛的太陽(yáng)光能量，更高效地將太陽(yáng)光轉化為電能，從而突破單結太陽(yáng)電池轉換效率天花板。”王睿的解釋形象生動(dòng)。
但制備疊層太陽(yáng)電池，是個(gè)手藝活。王睿說(shuō)，這塊“蛋糕”不僅有15層之多，而且對每一層的厚度、均勻性都有嚴格要求——每一層最好不要有孔洞，不同層的制備往往需要使用不同的儀器設備，并對參數進(jìn)行嚴格優(yōu)化和控制。“總之，光是把這一層層‘蛋糕’依次完好地疊起來(lái)，就已經(jīng)足夠復雜了。況且，光疊在一起還不夠。在兩端疊層太陽(yáng)電池中，上下層的電流大小要能匹配起來(lái)。”
為此，王睿團隊經(jīng)過(guò)多年嘗試探索，終于找到了優(yōu)化鈣鈦礦層以及其它層的制備工藝，在兩端柔性鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)電池技術(shù)上實(shí)現了突破，最終獲得了23.41%的光電轉換效率。更難得的是，這是一種柔性輕薄的疊層太陽(yáng)電池，其厚度僅相當于一根頭發(fā)絲的直徑，有望在未來(lái)應用于建筑、汽車(chē)、飛行器、柔性可穿戴設備等不規則表面，實(shí)現其在日常工作狀態(tài)下的電力供給，如為新能源汽車(chē)、無(wú)人機等提升里程續航，為商業(yè)衛星提供成本更低的電力來(lái)源等。“隨著(zhù)未來(lái)該體系光電轉換效率的進(jìn)一步提升，有望拓展更多場(chǎng)景的柔性電池應用等，進(jìn)而改善人們日常生活。”(光明日報全媒體記者晉浩天)
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