Nature (IF 69.504)：阿布都拉國王科技大學(KAUST)研究團隊提出超薄IZO接觸層使鈣鈦礦/矽串聯太陽電池大幅提高效率
重點摘要
該研究論文發表於Stefaan De Wolf、Esma Ugur、Erkan Aydin等來自阿布都拉國王科技大學(KAUST)的研究者。
- 單片鈣鈦礦/矽串聯太陽電池可以達到高轉換效率,但優化子電池間的介面聯繫至關重要。
- 使用超薄(5納米)非晶氧化銦鋅(IZO)中間層改善了子電池間的電接觸和自組裝單層覆蓋。
- 通過優化的IZO中間層和接觸層堆疊,鈣鈦礦/矽串聯太陽電池獲得了5%的認證轉換效率,位居所報導效率的最高水準。
- 該超薄IZO方法使銦的消耗量降低了約80%,對實現可持續製造意義重大。
研究背景
鈣鈦礦/矽串聯太陽電池通過組合兩種材料的互補光吸收可以達到較高的轉換效率。使用自組裝單層(SAM)在透明導電層上連接鈣鈦礦和矽子電池可以實現子電池間高效的電荷傳遞。但是,在紋理矽表面上獲得均勻的SAM覆蓋層至今仍存在困難,這限制了鈣鈦礦/矽串聯電池可重複性高效率的實現。研究人員使用了超薄非晶氧化銦鋅中間層來實現子電池間出色的SAM覆蓋和耦合。
研究成果
- 單片鈣鈦礦/矽串聯太陽電池可以達到高轉換效率,但需要在紋理矽上獲得均勻的自組裝單分子層(SAM)覆蓋以保證可重複性能。
- 使用超薄(5納米)非晶態氧化銦鋅(IZO)作為連接透明導電氧化層(TCO)可以解決SAM覆蓋問題。
- 與晶態TCO相比,IZO提供了更高的表面電位均勻性和更多的SAM錨定位點。
- 結合5納米IZO連接層與光學增強,鈣鈦礦/矽串聯電池獲得5%的認證轉換效率記錄。
- 相對標準TCO厚度,超薄IZO方法使銦的消耗降低了約80%,使光伏製造更加可持續。
研究方法
- 使用5納米超薄非態IZO作為子電池間的連接TCO。
- IZO實現了均勻的SAM覆蓋和高密度的錨定位點。
- 沉積薄IZO作為矽背電 contact。
- 優化前電 contact 層堆疊。
- 製備單片鈣鈦礦/矽串聯電池與IZO層。
- 獨立認證功率轉換效率。
結論
研究者開發的超薄IZO中間層方法解決了單片鈣鈦礦/矽串聯太陽電池在紋理矽表面實現均勻SAM覆蓋的問題。這種與非晶態IZO contact 的介面工程使鈣鈦礦和矽子電池之間實現了高效的光電耦合。關鍵的可持續性優勢是, 與標準的較厚觸點相比,超薄IZO層使銦的消耗量降低了約80%。這種有前途的IZO中間層策略可以實現這種新一代串聯電池進一步的介面優化和轉換效率提高。
SI Fig. 5 | 電致發光分析
SI Fig. 6 | MPPT 分析
