瑞士團(tuán)隊(duì)開發(fā)新型工藝，雙面太陽能電池效率破紀(jì)錄

據(jù)業(yè)內(nèi)信息，近日瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(Empa)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已開發(fā)出一種新的低溫生產(chǎn)工藝使得雙面太陽能電池效率破紀(jì)錄，前照式的效率達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的19.8%，后照式的效率達(dá)到10.9%。

不僅如此，該技術(shù)團(tuán)隊(duì)還生產(chǎn)了第一個(gè)雙面鈣鈦礦-CIGS串聯(lián)太陽能電池，開啟了未來更高能量產(chǎn)量的可能性，雙面Cu(In,Ga)Se2的效率提升用于銀輔助低溫工藝的柔性和串聯(lián)應(yīng)用的薄膜太陽能電池。

基于銅銦鎵二硒(CIGS)的雙面薄膜太陽能電池可以從正面和背面收集太陽能，因此可能比傳統(tǒng)太陽能電池產(chǎn)生更多的太陽能。然而，到目前為止，它們的制造只帶來了適度的能量轉(zhuǎn)換效率。

如果可以收集直射陽光及其反射(通過太陽能電池的背面)，這應(yīng)該會(huì)增加電池產(chǎn)生的能量產(chǎn)量。例如，潛在的應(yīng)用包括光伏建筑一體化(BIPV)、農(nóng)業(yè)光伏——同時(shí)利用土地進(jìn)行光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)——以及在高海拔地面上垂直或高傾斜安裝的太陽能模塊。根據(jù)國際光伏技術(shù)路線圖，到2030年，雙面太陽能電池將占據(jù)整個(gè)光伏市場70%的市場份額。

雖然基于硅晶圓的雙面太陽能電池已經(jīng)上市，但薄膜太陽能電池卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。這至少部分是由于雙面CIGS薄膜太陽能電池的效率相當(dāng)?shù)停@是由一個(gè)關(guān)鍵的瓶頸問題引起的：對(duì)于任何能夠在背面收集反射陽光的雙面太陽能電池，光學(xué)透明電接觸是先決條件。這是通過使用透明導(dǎo)電氧化物(TCO)替代傳統(tǒng)(即單面)鉬制太陽能電池中的不透明背接觸來實(shí)現(xiàn)的。

有害的氧化物形成

高效CIGS太陽能電池一般采用550℃以上的高溫沉積工藝生產(chǎn)。然而，在這些溫度下，(CIGS層的)鎵與透明導(dǎo)電氧化物后觸點(diǎn)的氧之間會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由此產(chǎn)生的氧化鎵界面層會(huì)阻擋陽光產(chǎn)生的電流，從而降低電池的能量轉(zhuǎn)換效率。到目前為止，單個(gè)電池的最高值是正面為9.0%，背面為7.1%?！皩?duì)于具有前后透明導(dǎo)電觸點(diǎn)的太陽能電池來說，要獲得良好的能量轉(zhuǎn)換效率真的很困難，”領(lǐng)導(dǎo)Empa薄膜和光伏實(shí)驗(yàn)室的AyodhyaN.Tiwari說。

因此，Tiwari實(shí)驗(yàn)室RomainCarron小組的博士生Shih-ChiYang開發(fā)了一種新的低溫沉積工藝，該工藝應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生更少的有害氧化鎵——理想情況下根本不會(huì)產(chǎn)生。他們使用少量銀來降低CIGS合金的熔點(diǎn)，并在僅350°C的沉積溫度下獲得具有良好電子特性的吸收層。當(dāng)他們用高分辨率透射電子顯微鏡(TEM)分析多層結(jié)構(gòu)時(shí)，在Tiwari的前博士后林子英(目前在臺(tái)灣國立清華大學(xué))的幫助下，該團(tuán)隊(duì)無法檢測(cè)到任何氧化鎵在所有的界面。

以超過33%的能源產(chǎn)出為目標(biāo)

這也反映在能量轉(zhuǎn)換效率的顯著提高上：該電池的前照度和后照度分別為19.8%和10.9%，已通過德國弗萊堡弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所(ISE)的獨(dú)立認(rèn)證——玻璃基板上的相同電池。

該團(tuán)隊(duì)還首次成功地在柔性聚合物基板上制造了雙面CIGS太陽能電池，由于其重量輕且柔韌性好，擴(kuò)大了潛在應(yīng)用范圍。

最后，研究人員結(jié)合了兩種光伏技術(shù)——CIGS和鈣鈦礦太陽能電池——生產(chǎn)出雙面串聯(lián)電池。據(jù)悉，雙面CIGS技術(shù)有可能產(chǎn)生超過33%的能量轉(zhuǎn)換效率，為未來的薄膜太陽能電池開辟了更多機(jī)會(huì)。