福州大学开发出双面kesterite太阳能电池 可用于外太空和室内光伏设备

2023-07-11      449 次浏览

Kesterite(硫铜锡锌矿)是下一代薄膜太阳能电池中最有前途的光吸收材料之一。然而,到目前为止,它只在研究层面找到了有限的应用,其效率一直徘徊在10%左右。


Kesterites是由丰富的元素组成的,最常见的是铜、锡、锌和硒。与铜铟镓硒(CIGS)化合物不同,所有这些材料都有完善的供应链,可以吸收太阳能行业的一些额外需求,而不会有大问题。


考虑到这一点,中国福州大学的一组研究人员已经开发出一种灵活的双面kesterite(CZTSSe)光伏设备,他们说这种设备适用于室内和外太空的光伏应用。


这种kesterite太阳能电池具有对称的配置,两边的结构和形态都相同。正面和背面的电池堆都沉积在钼(Mo)箔上。每个电池的有效面积为0.21平方厘米,其电极由二硒化钼(MoSe2)、CZTSSe层、硫化镉(CdS)缓冲层、氧化锌(ZnO)层、氧化铟锡(ITO)透明导电涂层和银(Ag)构成。


为了降低制造成本,该研究小组决定通过循环旋涂方法在箔的两面沉积相同的层。研究人员解释说:“旋涂和退火过程通过在正面和背面交替进行重复九次,以获得双面预制的CZTSSe薄膜。CdS层是通过化学浴沉积(CBD)方法沉积的。制造过程还包括硒化处理和真空方法进行溅射和蒸发。”


双面太阳能电池在正面达到了9.3%的效率,开路电压为436mV,短路电流为33.76mA/cm2,填充因子为63.2%。至于背面,该电池的功率转换效率达到9.0%,开路电压为434mV,短路电流为33.7mA/cm2,填充系数为61.7%。在强度为1.5-18.5mW/cm2的弱LED光照下,这些器件也显示出6-8.8%效率的良好性能。


未封装的电池被放在一个老化箱中,在标准的"一个太阳"的强度下连续照耀数天,每天测试一次。经过14天的测试,该装置显示出与最初的性能相比,退化了不到5%。


据其创造者称,这种双面光伏装置可以被弯曲和拉伸而不影响其电力转换效率。两个电池能够在不同的光照下独立工作,通过并联电路共同输出电流。科学家们总结说:"双面装置可以直接利用全方位的灯光,并通过基片旋转产生周期性的可变电流。对双面柔性CZTSSe太阳能电池的研究为室内装饰品集成光伏提供了一个新的前景。"


该装置在发表于《自然通讯》的论文《用于室内光伏应用的新型对称双面柔性CZTSSe薄膜太阳能电池》中有所描述。


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