【儀表網 研發快訊】作為目前光伏行業新興的研究熱點，鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的光電轉換效率在過去的8年內迅速提升。目前剛性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的效率已經達到了33.9%，超過了傳統晶硅29.4%的理論極限效率，但迄今為止還沒有關于柔性鈣鈦礦/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致的嚴重光吸收損失和強烈的表面反射，會導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與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導體科研團隊在葉繼春研究員的帶領下，在前期晶硅、鈣鈦礦及其疊層電池研究的基礎上(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，其穩態認證效率和功率質量比分別達到了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量比器件之一。通過調節硅片厚度和陷光結構特征尺寸，提高了超薄硅底電池的光吸收能力和力學穩定性；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，通過研究襯底結構對鈣鈦礦形貌和光電性質的影響，該團隊采用納米絨面改善了鈣鈦礦薄膜晶體質量，抑制非輻射復合，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/硅疊層器件在經過3000次彎曲循環后仍保持98.2%的初始效率，并且在經過100小時的工作穩定性測試后，柔性疊層器件也能保持90.6%的初始效率，展現出較好的力學和工作穩定性。這項研究有望推動低成本、高性能和輕質柔性鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的研發和應用。
該工作以“Ultrathin (~30 µm) flexible monolithic perovskite/silicon tandem solar cell”為題發表于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、博士后應智琴為共同第一作者，寧波材料所應智琴博士后、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項目(2023Z151)、浙江省重點研發項目(2022C01215、2024C01092)、中國博士后科學基金(2023M743620)、浙江省自然科學基金聯合基金(LBMHD24E020002)、浙江省自然科學基金(LY24F040003)、國家重點研發計劃(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體團隊)
柔性鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池(a)效率，(b)力學穩定性，(c)功率質量比和(d)工作穩定性測試
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