熱共蒸發法可製備尺寸為21cm2的太陽能電池組件,轉換效率為18.1%。

新加坡南洋理工大學(NTU Singapore)的一組研究人員製造出了一種鈣鈦礦太陽能微型組件,它記錄了任何大於10 cm2的鈣鈦礦型器件中最高的功率轉換效率。
研究人員報告說,他們採用了一種被稱為「熱共蒸發」的普通工業塗層技術,並發現這種技術可以製造21平方厘米大小的太陽能電池組件,其功率轉換效率達到創紀錄的18.1%。這是可伸縮鈣鈦礦太陽能電池的最高記錄值。
熱蒸發是目前用於生產包括有機發光二極體(OLED)電視在內的電子產品的既定塗層技術。
安娜麗莎布魯諾,南大能源研究所的高級科學家(埃里@N)科學期刊Joule.c.解釋了大規模採用鈣鈦礦太陽能電池組件的障礙:「迄今為止,在實驗室中,使用基於溶液的技術,實現了尺寸遠小於1 cm2的最佳鈣鈦礦太陽能電池,叫做「旋塗」。然而,當在大表面上使用時,這種方法會導致鈣鈦礦太陽能電池的功率轉換效率較低。這是由於固有的局限性,包括缺陷和大面積的不均勻性,使得工業製造方法具有挑戰性,」她說。
「通過利用熱蒸發形成鈣鈦礦層,我們的團隊成功地開發出了鈣鈦礦太陽能電池,其功率轉換效率達到了10 cm2以上的最高記錄。
「我們的工作證明了鈣鈦礦技術與工業過程的兼容性,以及其進入市場的潛力。這對新加坡來說是個好消息,因為新加坡正尋求增加太陽能的使用以滿足其電力需求。」
研究員埃里@N第一作者,賈莉說,「我們首次展示了共蒸發鈣鈦礦太陽能電池的優異的可擴展性。這一步將加速這項技術從實驗室向工業的轉變。」
利用彩色鈣鈦礦太陽能電池獲得更多的表面積
利用同樣的技術,研究人員隨後製造出彩色半透明的鈣鈦礦太陽能電池和微型模塊,在不同顏色的範圍內實現了類似的功率轉換效率測量。
這些結果證明了熱蒸發法在生產各種鈣鈦礦基太陽能器件方面的多功能性,以用於各種光電應用。
該論文的另一位作者、NTU副總裁(戰略與合作夥伴關係)Subodh Mhaisalkar說,這一發現為新加坡和其他國家的城市環境打開了大門,使其比以往任何時候都能更有效地利用陽光。
太陽能微型組件可以用在摩天大樓的外牆和窗戶上,而目前的矽太陽能電池板是不可能實現的,因為它們不透明且遮光。南洋理工大學能源研究所執行主任Mhaisalkar說:「建築業主將能夠在建築設計中採用半透明彩色太陽能電池,在不損害建築美觀的前提下獲得更多的太陽能。」(埃里@N).
新加坡國立大學(NUS)新加坡太陽能研究所(SERIS)執行長阿明•阿伯勒(Armin Aberle)提供了一個獨立的觀點,他說:「這項工作首次展示了通過工業兼容工藝製造的高效大面積鈣鈦礦太陽能電池。我們正與NTU密切合作,在新加坡開發30%高效鈣鈦礦矽串聯太陽能電池。」
NTU的研究小組現在正在研究如何整合鈣鈦礦和矽太陽能電池來製造一個串聯太陽能電池。這種配置採用成本效益高、可擴展的工藝製造,可大幅提高單位面積太陽能發電量,同時保持較低的生產成本。
「高效熱蒸發鈣鈦礦太陽能電池和微型模塊」,作者:Jia Li等人,焦耳,2020年4月2日。
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