万博体育平台网址:《自然•能源》刊发光电国家实验室薄膜太阳能电池研究进展

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  • 时间:2018-10-09 09:53
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  新闻网讯 3月27日,《天然•动力》(Nature Energy)在线揭晓了光电国度实验室唐江教学课题组关于不变无毒硒化锑薄膜太阳能电池的研讨新了局,该论文题为“Stable 6%-efficient Sb2Se3 solar cells with a ZnO buffer layer”。   在动力危机和环境压力下,寰球范围内掀起了新动力的研讨海潮,太阳能使用独占鳌头。薄膜太阳能电池存在制作本钱 撑持低、弱光和低温 高深莫测发电机能好、轻质可柔性等特性,在光伏建筑集成、挪动供电等方面相对硅基太阳能电池存在竞争上风。目前市场上最成功的薄膜太阳能电池是碲化镉(CdTe)电池,但Cd剧毒而Te非常稀缺。   唐江教学课题组一向擅权于新型硒化锑(Sb2Se3)薄膜太阳能电池研讨。课题组前后在《进步前辈动力资料》(Advanced Energy Materials)、《ACS使用资料与界面》(ACS Applied Materials and Interface)、《使用物理快报》(Applied Physics Letters)、《光伏希望》(Progress in Photovoltaics)以及《天然·光子学》(Nature Photonics)刊发论文,研讨证明硒化锑存在类似碲化镉的资料简略、制备快捷、光电性子优良等中心上风,但硒化锑本身无毒且元素丰度高,有希望成为“绿色的碲化镉”,成长潜力伟大。   该研讨采用硝酸锌水溶液喷雾热解的方式制备氧化锌(ZnO)代替了以前的硫化镉(CdS)作为硒化锑薄膜太阳能电池的缓冲层,资料本身和制备方式都是绿色、经济的。由于硒化锑是一维链状资料,即(Sb4Se6)n的份子链经由过程范德华力在两个方向上沉积而成,类似于结晶一维高份子,因而其薄膜取向非常重要,对器件机能有极大的影响。   实验发觉,随机取向的氧化锌能诱导[221]取向的硒化锑薄膜,而[001]取向的氧化锌则诱导出[120]取向的硒化锑薄膜;基底和硒化锑薄膜取向高度关系。界面原子模型剖析显现随机取向氧化锌名义暴露出更多的(100)面,有利于与随后成长的硒化锑成键,降低界面总能量,从而完成取向诱导。由此制备的器件界面缺陷少,复合损失降低,偏压外量子效率谱和变温开路电压测试都证明了这一点。   经由过程氧化锌成膜工艺和硒化锑背场处理的系列优化,研讨人员最终取患有光电转换效率达5.93%的顶衬结构(FTO/ZnO/Sb2Se3/Au)的硒化锑薄膜太阳能电池,并失掉Newport公司的第三方权势巨子认证。更重要的,由此制备的太阳能电池在未封装条件下表现出优良的不变性,可以 呐喊阅历双85(温度85 °C,湿度85%)、连续最大功率点事情、强紫外光映照、热震荡等刻薄的考验,不变性基础到达薄膜太阳能电池使用产业要求的IEC61646标准。相对硫化镉缓冲层,使用氧化锌缓冲层器件不变性明显进步的原因是:第一性原理盘算显现Zn原子在硒化锑中的散布能比Cd原子要大,高角暗场扫描透射电镜(HADDF-STEM)下的空间元素散布了局表白Cd在硒化锑中散布濒临50nm,而Zn的散布则微不足道,因而ZnO/Sb2Se3的异质界面散布小,不变性高。单色光开路电压衰减测试也显现氧化锌的吸光少,光生空穴对硒化锑的破坏失掉按捺。该研讨不仅成长了一维链状资料取向调控的新思路与新方式,并且初步解决了太阳能电池使用四大关键因素(效率、不变性、低本钱 撑持和低毒性)中的后三点,完成了较大的希望。   文章揭晓后,美国资料学会(MRS)和物理学会(APS)会士,美国阿贡国度实验室Supratik Guha博士在同期的《天然•动力》(Nature Energy)撰写了“Buffer against degradation”的news&views的论述性文章,评论到“唐及其共事失掉的毒性降低和不变性进步是一个里程碑式希望”(The reduced toxicity and improved stability shown by Tang and colleagues are significant milestones)。   本研讨事情失掉国度重点研发企图、基金委重点研发企图种植项目和优青项目经费支撑。博士生王亮,李康华和陈超,博士后李登兵为论文的共同第一作者,唐江教学为论文通信作者。该事情也失掉光电国度实验室宋海胜副教学、李露颖副教学、牛广达副研讨员,中科院半导体所邓惠雄副研讨员,中山万博体育平台网址黄丰教学的支撑和帮助。