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德國HZB Albrecht團隊Nat:認證29.8%奈米光學設計 高效鈣鈦礦-矽疊層太陽能電池



鈣鈦礦-矽疊層太陽能電池(PSTSC)提供了克服傳統矽太陽能電池的功率轉換效率限制的可能性,但絨面矽片上的薄膜生長仍然具有挑戰性,因此有各種改善光學性能的絨面疊層器件提出。

有鑒於此,2022年10月24日德國柏林亥姆霍茲柏林材料與能源中心(HZB) Steve Albrecht & Christiane Becker團隊於Nature Nanotechnology刊發認證29.8% 高效單片鈣鈦礦-矽疊層太陽能電池的納米光學設計的研究成果,展示了具有週期性納米絨面的鈣鈦礦-矽疊層太陽能電池,其具有各種優勢, 而不會影響溶液製備鈣鈦礦層的材料品質。 與平面疊層相比,展示了反射損耗的減少,新器件對偏離最佳層厚度的敏感性較低。 納米絨面還可以將製造良率從50%提高到95%。 由於鈣鈦礦頂部電池的光電特性增強,使得開路電壓提高了15 mV, 另外, 具有介電緩衝層的光學先進後反射器(RDBL)設計可減少近紅外波長的寄生吸收, 因而獲致了 29.80% 的認證效率。


在這項研究中,將次微米週期性的nano-texture和先進的背反射器設計集成到PSTSC中。Nano-texture大大提高了頂部溶液處理之鈣鈦礦電池的良率從 50%提升至與平面型的比較的 95%, 同時進一步觀察到反射損失減少了約 0.5 mA cm−2, 結果電池中的短路電流密度觀察到高達 40.0 mA cm-2,這是文獻報導的兩端點 PSTSC 最高值。Nano-texture 的設計顯著改善了納米晶體氧化矽層厚度偏離的性能穩健性, 史的大面積串聯技術的產業化更可行。提高 PSTSC 性能的主要驅動力是開路電壓增加約 15 mV,根據selective sub-cell EL 分析,主要來自鈣鈦礦頂電池性能改善。除了矽底電池正面的納米紋理外,另外設計RDBL在後面, 這種設計進一步提高了電流通過, 減少矽底電池中的密度約 0.3 mA cm-2寄生吸收損失。


詳細資訊請見:https://www.nature.com/articles/s41565-022-01228-8


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