摘要
近年來,串聯(lián)太陽能電池技術(shù)因其突破單結(jié)太陽能電池 Shockley–Queisser 限制的潛力而備受關(guān)注。然而,開發(fā)兼具成本效益和高效率的串聯(lián)裝置仍是一項重大挑戰(zhàn)。亞利桑那州立大學(xué) Feng Yan 教授團(tuán)隊在 Solar 期刊發(fā)表了題為"Exploring the Feasibility and Performance of Perovskite/Antimony Selenide Four-Terminal Tandem Solar Cells" 的論文,成功驗(yàn)證了使用寬能隙鈣鈦礦頂電池和窄能隙硒化銻底電池組成的四端 (4T) 串聯(lián)太陽能電池的可行性,并展示了其優(yōu)異的電池性能。
研究方法
研究團(tuán)隊首先利用一維 (1D) 太陽能電池電容仿真器 (SCAPS) 進(jìn)行仿真計算,結(jié)果顯示這種架構(gòu)具有可行性,預(yù)測鈣鈦礦/硒化銻 4T 串聯(lián)裝置的仿真效率可達(dá) 23%。為了驗(yàn)證仿真結(jié)果,他們制造了兩個寬能隙半透明鈣鈦礦電池,能隙分別為 1.6 eV 和 1.77 eV,并將其與窄能隙硒化銻 (1.2 eV) 機(jī)械堆棧,形成串聯(lián)結(jié)構(gòu),最終實(shí)驗(yàn)效率超過 15%。這些研究成果展現(xiàn)了鈣鈦礦頂電池與新興的地球富含量硒化銻薄膜太陽能技術(shù)相結(jié)合的巨大潛力,為提高整體裝置效率提供了新的途徑。
設(shè)計及工作原理
論文中詳細(xì)介紹了 4T 串聯(lián)太陽能電池的設(shè)計理念和工作原理。寬能隙 (WBG) 鈣鈦礦頂電池負(fù)責(zé)吸收高能量光子,而低能量光子則穿透頂電池并被窄能隙 (NBG) 硒化銻底電池吸收。這種設(shè)計確保了太陽光譜的有效利用,最大限度地提高了整體裝置效率。
研究團(tuán)隊采用了多種先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備來制造和表征串聯(lián)太陽能電池,其中包括:
旋涂法沉積鈣鈦礦層和空穴傳輸層 (HTL)
近空間升華法 (CSS) 沉積硒化銻吸收層
太陽光仿真器測試電池的電流-電壓特性
光焱科技設(shè)備的應(yīng)用
光焱科技 (enlitech) QE-R光伏/太陽能電池量子效率光學(xué)儀
通過這些技術(shù)和設(shè)備,研究團(tuán)隊成功地制造了高效穩(wěn)定的 4T 串聯(lián)太陽能電池,并對其性能進(jìn)行了深入分析。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,1.6 eV 鈣鈦礦頂電池和硒化銻底電池組成的 4T 串聯(lián)太陽能電池的效率高,達(dá)到 16.13%,而 1.77 eV 鈣鈦礦頂電池的串聯(lián)效率則為 14.96%。這表明鈣鈦礦材料的能隙對串聯(lián)電池的性能有著顯著影響。
結(jié)果與貢獻(xiàn)
這項研究的主要貢獻(xiàn)在于:
驗(yàn)證了鈣鈦礦/硒化銻 4T 串聯(lián)太陽能電池的可行性,并展示了其優(yōu)異的電池性能。
通過模擬計算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,探討了鈣鈦礦材料能隙對串聯(lián)電池性能的影響。
為開發(fā)低成本、高效的串聯(lián)太陽能電池提供了新的思路和方向。
結(jié)論
總而言之,亞利桑那州立大學(xué) Feng Yan 教授團(tuán)隊的研究成果為鈣鈦礦/硒化銻串聯(lián)太陽能電池技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ),為未來太陽能電池技術(shù)的發(fā)展指明了方向。隨著鈣鈦礦和硒化銻材料技術(shù)的不斷進(jìn)步,我們相信鈣鈦礦/硒化銻串聯(lián)太陽能電池將在未來太陽能市場中扮演重要角色。
Reference?
solar, Published: 3 April 2024?