寧波材料所在柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池方面取得進展

　　作為目前光伏行業(yè)新興的研究熱點，鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率在過去的8年內(nèi)迅速提升。目前剛性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的效率已經(jīng)達到了33.9%，超過了傳統(tǒng)晶硅29.4%的理論極限效率，但迄今為止還沒有關(guān)于柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的報道，主要原因是柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的超薄硅底電池存在一些棘手問題：由于減小硅厚度而導(dǎo)致的嚴重光吸收損失和強烈的表面反射，會導(dǎo)致疊層器件中短路電流密度的嚴重損失，使得柔性疊層器件效率較低。
 

　　近日，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導(dǎo)體科研團隊在葉繼春研究員的帶領(lǐng)下，在前期晶硅、鈣鈦礦及其疊層電池研究的基礎(chǔ)上(Nat. Energy 2023, 8, 1250; Joule 2022, 6, 2644; Nat. Commun. 2023, 14, 2166; Adv. Mater. 2023, e2211962; Adv. Mater. 2023, 2302071; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006; Energy Environ. Sci. 2021, 14, 6406; Adv. Funct. Mater. 2023, 2304708; Adv. Funct. Mater. 2022, 2110698; Nano Energy 2022, 100, 107529)，在柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽電池方面取得進展。該團隊首次公開報道了柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池，其穩(wěn)態(tài)認證效率和功率質(zhì)量比分別達到了22.8%和3.12 W g−1，代表了高效柔性太陽能電池中最高功率質(zhì)量比器件之一。通過調(diào)節(jié)硅片厚度和陷光結(jié)構(gòu)特征尺寸，提高了超薄硅底電池的光吸收能力和力學穩(wěn)定性；同時，該團隊提出力學“中性面”滑移對于提升鈣鈦礦/硅疊層電池柔性的作用機理；另外，通過研究襯底結(jié)構(gòu)對鈣鈦礦形貌和光電性質(zhì)的影響，該團隊采用納米絨面改善了鈣鈦礦薄膜晶體質(zhì)量，抑制非輻射復(fù)合，促進載流子傳輸和提取以及抑制鈣鈦礦相分離。最終，柔性鈣鈦礦/硅疊層器件在經(jīng)過3000次彎曲循環(huán)后仍保持98.2%的初始效率，并且在經(jīng)過100小時的工作穩(wěn)定性測試后，柔性疊層器件也能保持90.6%的初始效率，展現(xiàn)出較好的力學和工作穩(wěn)定性。這項研究有望推動低成本、高性能和輕質(zhì)柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的研發(fā)和應(yīng)用。
 

　　該工作以“Ultrathin (~30 µm) flexible monolithic perovskite/silicon tandem solar cell”為題發(fā)表于Science Bulletin(https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.04.022)。寧波材料所直博生汪新龍、鄭晶銘、博士后應(yīng)智琴為共同第一作者，寧波材料所應(yīng)智琴博士后、楊熹副研究員和葉繼春研究員為本文共同通訊作者。該研究得到了寧波市重點研發(fā)項目(2023Z151)、浙江省重點研發(fā)項目(2022C01215、2024C01092)、中國博士后科學基金(2023M743620)、浙江省自然科學基金聯(lián)合基金(LBMHD24E020002)、浙江省自然科學基金(LY24F040003)、國家重點研發(fā)計劃(2018YFB1500103)、國家自然科學基金(62204245、U23A200098)項目的支持。(光電信息材料與器件實驗室 硅基太陽能及寬禁帶半導(dǎo)體團隊)

 

　　柔性鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池(a)效率，(b)力學穩(wěn)定性，(c)功率質(zhì)量比和(d)工作穩(wěn)定性測試