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我國(guó)科學(xué)家制備出高性能柔性疊層太陽(yáng)電池

2025-02-07 11:07  來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)  瀏覽:  

北京2月5日電 記者5日從西湖大學(xué)獲悉,該校未來(lái)產(chǎn)業(yè)研究中心、工學(xué)院王睿團(tuán)隊(duì)在柔性疊層太陽(yáng)電池領(lǐng)域取得重要突破——他們成功讓鈣鈦礦與銅銦鎵硒兩種材料疊在一起,光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.4%。相關(guān)研究成果日前刊發(fā)在《自然·光子學(xué)》期刊上。

“如果把單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)電池比作單層蛋糕,疊層太陽(yáng)電池便是多層蛋糕。”王睿打比方說(shuō),每一層半導(dǎo)體材料層都能“捕捉”特定波長(zhǎng)的太陽(yáng)光。因此它能吸收比“單層”電池更廣泛的太陽(yáng)光能量,更高效地將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能,從而突破單結(jié)太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率天花板。

王睿團(tuán)隊(duì)選擇將鈣鈦礦與銅銦鎵硒(CIGS)這兩種材料進(jìn)行疊層研究。

制備疊層太陽(yáng)電池,如同在微觀世界里做蛋糕,是個(gè)手藝活。這塊“蛋糕”不僅有15層之多,而且對(duì)每一層的厚度、均勻性都有嚴(yán)格要求。

2022年,王睿實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)兩端柔性鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)電池研發(fā)工作。經(jīng)過(guò)一年多嘗試,銅銦鎵硒基底上的鈣鈦礦薄膜依然布滿孔洞,無(wú)法形成致密光吸收層。2023年底,團(tuán)隊(duì)成員田柳文和王睿商量后決定,跳出之前一直使用同一種鈣鈦礦薄膜制備工藝的思維定式,在銅銦鎵硒基底上嘗試不同的鈣鈦礦薄膜制備工藝。

遭遇多次失敗后,他們終于在電鏡下首次發(fā)現(xiàn),其中一個(gè)樣品具有均勻致密的鈣鈦礦表面形貌。此后,王睿團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化鈣鈦礦層以及其他層的制備工藝,在兩端柔性鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)電池技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了快速突破,光電轉(zhuǎn)換效率不斷攀升。

“這種柔性輕薄的疊層太陽(yáng)電池,厚度僅相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的直徑,其未來(lái)有望應(yīng)用于建筑、汽車、飛行器、柔性可穿戴設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。”王睿介紹。

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