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鈣鈦礦電池中添加了石墨烯 其轉化效率提高到26.3%

石墨烯作為一種新型特種材料被廣泛用於和各種新材料並用開發,前兩年SNEC大會曾專題討論石墨烯在光伏產品中的應用。騰暉曾研究石墨烯提高晶矽電池導電銀漿,正信光電特有的石墨烯塗層(納米技術)太陽能組件具有自清潔特性,亞瑪頓成立了專門的石墨烯研究院。

最近,意大利研究人員在鈣鈦礦電池中的電子選擇層中添加了石墨烯,不僅提高化學穩定性,還將鈣鈦礦/晶矽異質結電池的轉化效率提高到26.3%。

這種新型異質結電池兼具有薄膜鈣鈦礦生產工藝和矽基異質結電池的性能。雙端結構讓電極數量更少,減少了電池本體吸收損失的光,比四終端電池的生產成本更低。

科學家們在鈣鈦礦電池中使用的二氧化鈦(TiO2)電子選擇層中添加了石墨烯,石墨烯薄片沉積在二氧化鈦前驅體和二氧化鈦納米粒子溶液上。少量的石墨烯薄片摻雜已證明足以在不改變整個電池光吸收的情況下改進了電荷傳輸,提高電池的光電性能。

研究小組表示,他們沒有使用傳統的甲基銨碘化鉛(MAPbI3)鈣鈦礦,而是選擇了混合陽離子、混合鹵化物鈣鈦礦,從而獲得最佳的光學帶隙和改進的穩定性。

研究人員采用“機械方法”堆疊兩個子電池,分別製造和優化兩個終端電池。經過優化的、雙麵介觀鈣鈦礦電池,通過在兩個子電池之間的接觸區域施加大約1公斤/厘米2的壓力,機械地堆積在矽底電池上。

再采用磁控濺射法在空穴選擇層上沉積氧化銦錫對電極,並作為頂電池的後接觸電極。研究人員聲稱已經找到了理想厚度的對電極,能減少反射光損耗。

這兩個電池的有效耦合,確保了成品電池75.6%的高填充係數。這種優化的、雙麵鈣鈦礦太陽能電池用做晶矽異質結底電池的串聯頂部電池,在1.43平方厘米的有效麵積內,反向電壓掃描模式功率轉換效率達到26.3%,正向電壓掃描模式功率轉換效率為25.7%,並最終穩定在25.9%。

此前IMEC曾在0.13平方厘米的鈣鈦礦/ IBC晶矽異質結電池上獲得27.1%的轉化效率,顯然這次的電池麵積更大。對於鈣鈦礦薄膜電池,最大的挑戰就是在大麵積上實現高效率,全球能把鈣鈦礦電池效率做到23%以上的團隊寥寥無幾。

研究人員認為,石墨烯改善了鈣鈦礦電池的性能,而異質結晶矽電池結構的背部非晶膜允許增加張力。

 

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