来源:中国科学院物理研究所 发布时间:2023/6/18 16:37:36
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铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池研究获新进展

 

太阳能电池的大规模应用是能源环境可持续发展和能源结构升级的基础。开发高效率薄膜太阳能电池将进一步促进太阳能电池技术的低成本和多场景应用。铜锌锡硫硒太阳能电池(以下简称CZTSSe电池),是新一代硫族化合物无机薄膜太阳能电池技术,具有材料组成元素丰度高、材料和器件制备成本低、材料和器件稳定性高、环境友好、产业技术兼容性高等诸多优势,是清洁能源研究领域的重要方向。提高CZTSSe太阳能电池效率是当前阶段该领域发展的核心,是国内外团队共同追求的目标。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源实验室孟庆波团队自2016年开展CZTSSe薄膜太阳能电池研究以来,通过对CZTSSe材料和器件更深入的物理和化学认识,在该领域已经取得了诸多进展。先后报道了CZTSSe电池电荷损失和缺陷性质分析、环境友好水溶液体系金属-分子配位调控、薄膜生长模式调控、材料生长动力学协同调控等系列成果(Nat. Energy 2023, 8, 526; Adv. Mater. 2022, 34, 2202858;Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2102298;Nano Energy, 2020, 76, 105042;Sci. Bull. 2020, 65, 738;Nano Energy 2020, 89, 106405;Joule, 2020, 4, 472)。在此基础上,该团队于2022年创造了CZTSSe电池13.6%认证效率,刷新了该电池世界纪录,并被著名太阳能电池专家Martin Green教授主编的国际权威电池效率统计表“Solar cell efficiency tables (Version 60)”收录。

最近,该团队通过更深入科学理解和技术攻关,在该方向取得了进一步进展,创造了14.9%的电池认证效率。该结果已被美国可再生能源实验室(NREL)最新发布的“Best Research-Cell Efficiency Chart”收录。NREL发布的Best Research-Cell Efficiency Chart是太阳能电池领域国际最权威的效率统计表,只严格审查收录经过独立、公认的测试实验室确认并经过标准化过程报告的电池效率。这是中国科学院物理所开展太阳能电池研究以来第一次被NREL统计收录。

CZTSSe太阳能电池首个认证效率(9.7%)于2010年被NREL收录,并于2014年达到12.6%,但之后长达7年时间一直未获突破,电池效率进入发展瓶颈期。直到2021年,我国科学家通过环境友好溶液体系取得了新进展,获得了13.0%认证效率(NREL),为打破CZTSSe电池效率瓶颈带来了新曙光。中国物理所团队的最新成果则在13.0%效率基础上提高了近2%(绝对效率)。这一进展代表了CZTSSe太阳能电池效率的巨大突破,也代表该电池及其关键核心技术将进入新的发展阶段。该突破同时为以CZTSSe为代表的新型无机薄膜太阳能电池体系的发展带来新的机遇。

NREL Best Research-Cell Efficiency Chart原文链接:https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html

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图1. NREL最新发布的最高电池效率纪录表(Best Research-Cell Efficiency Chart)

(原标题:中国科学院物理所连续刷新铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池世界纪录)


 
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