【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種取之不盡用之不竭的清潔可再生能源技術(shù)，截止2021年全球累積裝機(jī)量接近1TW，成為解決全球能源危機(jī)和極端氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)手段之一。
 

　　近日，中科院上海微系統(tǒng)所微系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉正新研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合電子科大劉明偵教授團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)換效率接近29%的鈣鈦礦/硅異質(zhì)結(jié)SHJ疊層太陽(yáng)電池，成為迄今為止基于產(chǎn)業(yè)化全絨面SHJ太陽(yáng)電池的最高效率，相關(guān)成果于2022年8月19日以“Fully Textured, Production-line Compatible Monolithic Perovskite/silicon Tandem Solar Cells Approaching 29% Efficiency”為題在Advanced Materials 上發(fā)表(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206193)。
 

　　這是該課題組繼發(fā)現(xiàn)SHJ太陽(yáng)電池?fù)诫s非晶硅(a-Si:H)薄膜中反常Staebler-Wronski效應(yīng)后(Nature Energy 7 (2022) 427–437), 在面向可產(chǎn)業(yè)化超高效太陽(yáng)電池技術(shù)攻關(guān)中的又一重大技術(shù)突破。
 

　　目前，單結(jié)硅異質(zhì)結(jié)SHJ太陽(yáng)電池和鈣鈦礦太陽(yáng)電池最高轉(zhuǎn)換效率分別為26.5%和25.7%。理論模擬計(jì)算結(jié)果顯示，基于高效SHJ太陽(yáng)電池的鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率有望突破40.0%，是學(xué)術(shù)界公認(rèn)的未來(lái)可能第一個(gè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率超過(guò)30.0%的低成本商業(yè)化太陽(yáng)電池技術(shù)。
 

　　雖然實(shí)驗(yàn)室鈣鈦礦/SHJ疊層太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)化效率高達(dá)31.3%，但基于產(chǎn)業(yè)化SHJ全絨面底電池的鈣鈦礦/SHJ疊層太陽(yáng)電池的最高認(rèn)證效率僅為25.2%。
 

　　如何突破鈣鈦礦/SHJ疊層太陽(yáng)電池制造技術(shù)限制，特別是全絨面SHJ底電池導(dǎo)致的疊層界面體漏電問(wèn)題、上下子電池的電流匹配問(wèn)題、復(fù)合結(jié)TCO薄膜的光電損失問(wèn)題以及鈣鈦礦層的大面積涂敷均勻性問(wèn)題等成為進(jìn)一步提高疊層太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。
 

　　鑒于此，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，以產(chǎn)業(yè)化高效SHJ太陽(yáng)電池為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了高透光的ITO復(fù)合結(jié)，通過(guò)設(shè)計(jì)NiOx/2PACz([2-(9H-carbazol-9-yl)乙基]膦酸)作為ITO復(fù)合結(jié)上的超薄雜化空穴傳輸層實(shí)現(xiàn)界面能級(jí)匹配，并以此為支點(diǎn)搭配共蒸發(fā)+旋涂?jī)刹椒ú呗�，在SHJ太陽(yáng)電池頂部實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量鈣鈦礦層的保形沉積。
 

　　研究發(fā)現(xiàn)，NiOx中間層有助于2PACz分子均勻地自組裝到全絨面的表面上，從而避免ITO和鈣鈦礦頂部電池之間的直接接觸，消除傳統(tǒng)工藝在全絨面SHJ底電池上的嚴(yán)重體漏電問(wèn)題。得益于這種巧妙的界面工程策略，在產(chǎn)業(yè)化全絨面的鈣鈦礦/SHJ疊層太陽(yáng)電池上(1.2cm2)獲得了轉(zhuǎn)換效率高達(dá)28.84%的第三方認(rèn)證效率。
 

　　該課題的成果是在“中國(guó)科學(xué)院科技支撐碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃”的驅(qū)動(dòng)下，充分發(fā)揮我所在該領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、積極開(kāi)展合作研究所取得的。該工作得到中科院“鴻鵠先導(dǎo)專項(xiàng)”(XDA17020403)、微系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目的支持。