我國科研團隊刷新大面積全鈣鈦礦光伏組件光電轉化效率世界紀錄

新華社南京2月24日電(記者陳席元) 記者從南京大學獲悉,該校譚海仁教授課題組研製的大面積全鈣鈦礦光伏組件取得新突破,經國際權威第三方機構測試,其穩態光電轉化效率達24.5%,刷新此類組件的世界紀錄,也爲後續產業化發展打下技術基礎。相關論文2月23日發表在國際學術期刊《科學》上。

據譚海仁介紹,鈣鈦礦是新型太陽能電池的重點研發方向之一。和傳統晶硅材料相比,鈣鈦礦光伏組件更輕、更薄,具有可彎曲、半透明等良好特性,應用場景更豐富。近年來,譚海仁課題組一直致力於研究鈣鈦礦,取得小面積電池光電轉化效率28%、大面積疊層組件光電轉化效率21.7%等成果。

“疊層組件由帶隙不同的子電池堆疊而成,窄帶隙子電池能夠吸收寬帶隙子電池吸收不了的光,理論上,疊層組件的光電轉化效率應該更高,21.7%這個結果顯然不能令人滿意。”論文共同第一作者、南京大學2019級直博生高寒告訴記者,實驗室製備的小面積電池只有1平方釐米左右,而真正具有商用價值的是組件,所以必須突破大面積疊層組件的效率關。

難點在於窄帶隙鈣鈦礦薄膜的生產工藝。“窄帶隙鈣鈦礦薄膜的結晶過程太快,不好控制,大面積製備時,會出現薄膜不均勻的問題。而且鈣鈦礦的結晶過程上下不同步,容易導致薄膜的底部產生大量缺陷。”高寒說。

爲了解決這個問題,譚海仁課題組在前驅體溶液中加入了甘氨酰胺鹽酸鹽,它能夠減緩鈣鈦礦的結晶速率,將薄膜的製備時間延長到原來的10倍左右,並且能自發誘導修復底部缺陷。

高寒表示,用這種辦法制造的窄帶隙鈣鈦礦薄膜,與寬帶隙鈣鈦礦薄膜結合後,所形成的疊層組件面積達20.25平方釐米。經過國際權威第三方機構測試,該組件取得24.5%的光電轉化效率,相關數據被國際《太陽能電池效率表》收錄,目前尚無同類組件打破該紀錄。

譚海仁表示,此次突破爲後續發展打下了技術基礎,“我們還將不斷嘗試製備面積更大、效率更高的全鈣鈦礦光伏組件,向着產業化的目標踏實前進。”

責編:郭晨希   校對:張   宇 圖編:周   洋

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