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内容

亚利桑那州立大学 Feng Yan 教授团队:钙钛矿/硒化锑四端迭层太阳能电池的性能探讨

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摘要

近年来,串联太阳能电池技术因其突破单结太阳能电池 ShockleyQueisser 限制的潜力而备受关注。然而,开发兼具成本效益和高效率的串联装置仍是一项重大挑战。亚利桑那州立大学 Feng Yan 教授团队在 Solar 期刊发表了题为“Exploring the Feasibility and Performance of Perovskite/Antimony Selenide Four-Terminal Tandem Solar Cells” 的论文,成功验证了使用宽能隙钙钛矿顶电池和窄能隙硒化锑底电池组成的四端 (4T) 串联太阳能电池的可行性,并展示了其优异的电池性能。 

研究方法

研究团队首先利用一维 (1D) 太阳能电池电容仿真器 (SCAPS) 进行仿真计算,结果显示这种架构具有可行性,预测钙钛矿/硒化锑 4T 串联装置的仿真效率可达 23%。为了验证仿真结果,他们制造了两个宽能隙半透明钙钛矿电池,能隙分别为 1.6 eV 1.77 eV,并将其与窄能隙硒化锑 (1.2 eV) 机械堆栈,形成串联结构,最终实验效率超过 15%。这些研究成果展现了钙钛矿顶电池与新兴的地球富含量硒化锑薄膜太阳能技术相结合的巨大潜力,为提高整体装置效率提供了新的途径。 

设计及工作原理

论文中详细介绍了 4T 串联太阳能电池的设计理念和工作原理。宽能隙 (WBG) 钙钛矿顶电池负责吸收高能量光子,而低能量光子则穿透顶电池并被窄能隙 (NBG) 硒化锑底电池吸收。这种设计确保了太阳光谱的有效利用,最大限度地提高了整体装置效率。 

研究团队采用了多种先进技术和设备来制造和表征串联太阳能电池,其中包括: 

旋涂法沉积钙钛矿层和空穴传输层 (HTL) 

近空间升华法 (CSS) 沉积硒化锑吸收层 

太阳光仿真器测试电池的电流电压特性 

光焱科技设备的应用 

光焱科技 (enlitech) QE-R光伏/太阳能电池量子效率光学仪 

通过这些技术和设备,研究团队成功地制造了高效稳定的 4T 串联太阳能电池,并对其性能进行了深入分析。

实验结果显示,1.6 eV 钙钛矿顶电池和硒化锑底电池组成的 4T 串联太阳能电池的效率最高,达到 16.13%,而 1.77 eV 钙钛矿顶电池的串联效率则为 14.96%。这表明钙钛矿材料的能隙对串联电池的性能有着显著影响。 

结果与贡献

这项研究验证了钙钛矿/硒化锑 4T 串联太阳能电池的可行性,并展示了其优异的电池性能。 

通过模拟计算和实验验证,探讨了钙钛矿材料能隙对串联电池性能的影响。 

为开发低成本、高效的串联太阳能电池提供了新的思路和方向。 

结论

总而言之,亚利桑那州立大学 Feng Yan 教授团队的研究成果为钙钛矿/硒化锑串联太阳能电池技术的发展奠定了坚实的基础,为未来太阳能电池技术的发展指明了方向。随着钙钛矿和硒化锑材料技术的不断进步,我们相信钙钛矿/硒化锑串联太阳能电池将在未来太阳能市场中扮演重要角色。 

Reference  

solar, Published: 3 April 2024 

https://doi.org/10.3390/solar4020010 

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