南京郵電大學(xué)柔性電子全國重點實驗室黃維院士和辛顥教授團(tuán)隊,通過溶液法獲得大面積“銅鋅錫硫硒”光伏薄膜,光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到10.1%,驗證了無機化合物制備柔性光伏材料的產(chǎn)業(yè)化潛力。相關(guān)成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·能源》上。
晶體硅作為第一代光伏材料質(zhì)地堅硬,當(dāng)前研究熱點是將光伏材料變得柔軟、輕薄,甚至可以縫在衣服上。雖然鈣鈦礦等新一代光伏材料容易制成薄膜,但性能尚不穩(wěn)定。因此,第二代光伏材料“銅銦鎵硒”重新受到研究人員關(guān)注。
2021年,辛顥及其團(tuán)隊將銦和鎵替換為鋅和錫,并采用溶液法替代傳統(tǒng)的真空法,制備出0.1平方厘米的“銅鋅錫硫硒”光伏薄膜,光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到13%。然而,國際上通常認(rèn)為,只有當(dāng)光伏組件面積超過10平方厘米時,光電轉(zhuǎn)化效率才有實際意義。隨著薄膜面積增大,光電轉(zhuǎn)化效率會顯著下降。
經(jīng)過4年多的研究,團(tuán)隊發(fā)現(xiàn),在溶液法制備薄膜的過程中,薄膜表面過早形成了致密結(jié)晶層,阻礙了硒滲入薄膜內(nèi)部。通過反復(fù)實驗和精準(zhǔn)調(diào)控溶液配方,團(tuán)隊提高了薄膜孔隙率,使其結(jié)構(gòu)更疏松,便于硒充分滲入,從而改善了薄膜均勻性和表面平整度,成功制備出有效面積達(dá)10.48平方厘米的光伏組件。
經(jīng)國際權(quán)威機構(gòu)測試,該組件的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)10.1%,并被正式收錄于國際《太陽能電池效率表》中。黃維表示,“銅鋅錫硫硒”技術(shù)路線的優(yōu)勢在于原料儲量豐富、無毒且成本低,此次研究成果標(biāo)志著用溶液法制備無機柔性光伏材料不僅在理論上可行,而且具有產(chǎn)業(yè)化潛力。
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