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中科院物理所連續(xù)刷新銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池世界紀(jì)錄

來源:中國科學(xué)院物理研究所      2023-06-21
導(dǎo)讀:太陽能電池的大規(guī)模應(yīng)用是能源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)升級的基礎(chǔ)。開發(fā)高效率薄膜太陽能電池將進(jìn)一步促進(jìn)太陽能電池技術(shù)的低成本和多場景應(yīng)用。銅鋅錫硫硒太陽能電池(以下簡稱CZTSSe電池),是新一代硫族化合物無機(jī)薄膜太陽能電池技術(shù),具有材料組成元素豐度高、材料和器件制備成本低、材料和器件穩(wěn)定性高、環(huán)境友好、產(chǎn)業(yè)技術(shù)兼容性高等諸多優(yōu)勢,是清潔能源研究領(lǐng)域的重要方向。提高CZTSSe太陽能電池效率是當(dāng)前階段該領(lǐng)域發(fā)展的核心,是國內(nèi)外團(tuán)隊(duì)共同追求的目標(biāo)。

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心清潔能源實(shí)驗(yàn)室孟慶波團(tuán)隊(duì)自2016年開展CZTSSe薄膜太陽能電池研究以來,通過對CZTSSe材料和器件更深入的物理和化學(xué)認(rèn)識,在該領(lǐng)域已經(jīng)取得了諸多進(jìn)展。先后報道了CZTSSe電池電荷損失和缺陷性質(zhì)分析、環(huán)境友好水溶液體系金屬-分子配位調(diào)控、薄膜生長模式調(diào)控、材料生長動力學(xué)協(xié)同調(diào)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)。在此基礎(chǔ)上,該團(tuán)隊(duì)于2022年創(chuàng)造了CZTSSe電池13.6%認(rèn)證效率,刷新了該電池世界紀(jì)錄,并被著名太陽能電池專家Martin Green教授主編的國際權(quán)威電池效率統(tǒng)計(jì)表“Solar cell efficiency tables (Version 60)”收錄。

最近,該團(tuán)隊(duì)通過更深入科學(xué)理解和技術(shù)攻關(guān),在該方向取得了進(jìn)一步進(jìn)展,創(chuàng)造了14.9%的電池認(rèn)證效率。該結(jié)果已被美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)最新發(fā)布的“Best Research-Cell Efficiency Chart”收錄。NREL發(fā)布的Best Research-Cell Efficiency Chart是太陽能電池領(lǐng)域國際最權(quán)威的效率統(tǒng)計(jì)表,只嚴(yán)格審查收錄經(jīng)過獨(dú)立、公認(rèn)的測試實(shí)驗(yàn)室確認(rèn)并經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化過程報告的電池效率。這是中科院物理所開展太陽能電池研究以來第一次被NREL統(tǒng)計(jì)收錄。

CZTSSe太陽能電池首個認(rèn)證效率(9.7%)于2010年被NREL收錄,并于2014年達(dá)到12.6%,但之后長達(dá)7年時間一直未獲突破,電池效率進(jìn)入發(fā)展瓶頸期。直到2021年,我國科學(xué)家通過環(huán)境友好溶液體系取得了新進(jìn)展,獲得了13.0%認(rèn)證效率(NREL),為打破CZTSSe電池效率瓶頸帶來了新曙光。中科院物理所團(tuán)隊(duì)的最新成果則在13.0%效率基礎(chǔ)上提高了近2%(絕對效率)。這一進(jìn)展代表了CZTSSe太陽能電池效率的巨大突破,也代表該電池及其關(guān)鍵核心技術(shù)將進(jìn)入新的發(fā)展階段。該突破同時為以CZTSSe為代表的新型無機(jī)薄膜太陽能電池體系的發(fā)展帶來新的機(jī)遇。

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

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圖1. NREL最新發(fā)布的最高電池效率紀(jì)錄表(Best Research-Cell Efficiency Chart)


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