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    我国学者在硒化锑薄膜太阳能电池研究方面取得新进展

    日期 2017-10-26   来源:信息科学部   作者:孙玲 潘庆  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(项目编号:61322401,91433105)的资助下,华中科技大学武汉光电国家实验室(筹)唐江教授课题组在新型太阳能电池研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Stable 6%-Efficient Sb2Se3 Solar Cells with a ZnO Buffer Layer”(基于氧化锌缓冲层的稳定且效率达6%的硒化锑薄膜太阳能电池)为题,于2017年3月27日在Nature Energy(《自然•能源》)在线发表。论文链接:http://www.nature.com/articles/nenergy201746。

      在能源危机和环境压力下,全球范围内掀起了新能源研究浪潮,太阳能应用独占鳌头。薄膜太阳能电池具有制作成本低、弱光和高温发电性能好、轻质可柔性等特性,在光伏建筑集成、移动供电等方面相对硅基太阳能电池具有竞争优势。目前市场上最成功的薄膜太阳能电池是碲化镉(CdTe)电池,但Cd剧毒而Te稀缺。

      华中科技大学唐江教授课题组在国家自然科学基金的持续资助下,一直专注于新型硒化锑(Sb2Se3)薄膜太阳能电池研究。课题组先后在Advanced Energy MaterialsACS Applied Materials and InterfaceApplied Physics LettersProgress in Photovoltaics以及Nature Photonics等刊物上发表论文,证实硒化锑具有类似碲化镉的材料简单、制备快速、光电性质优异等核心优势,其本身无毒且元素丰度高,有希望成为“绿色的碲化镉”。

      唐江教授课题组采用硝酸锌水溶液喷雾热解的方法制备氧化锌(ZnO)代替硫化镉(CdS)作为硒化锑薄膜太阳能电池的缓冲层,材料本身和制备方法绿色、经济。通过对氧化锌成膜工艺和硒化锑背场处理的系列优化,取得了光电转换效率达5.93%顶衬结构(FTO/ZnO/Sb2Se3/Au)的硒化锑薄膜太阳能电池,并得到Newport公司的第三方认证。更重要的是,由此制备的太阳能电池在未封装条件下表现出优异的稳定性,能够经历双85(温度85°C,相对湿度85%)、持续最大功率点工作、强紫外光照射、热震荡等苛刻考验,稳定性基本达到薄膜太阳能电池应用工业要求的IEC61646标准。这一研究成果对研发低毒性、高稳定性、低成本和高效的薄膜太阳能电池具有重要的指导意义。

    图a为电池结构示意图,图b为电池在光照和暗条件下的电流密度-电压曲线,图c为电池在双85(温度85°,相对湿度85%)条件下的效率衰减曲线。




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