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使用新制造技术在柔性太阳能电池中实现最高功率效率

导读 柔性太阳能电池在航空航天和柔性电子领域具有许多潜在应用,但较低的能量转换效率限制了其实际应用。一种新的制造方法提高了由钙钛矿制成的...

柔性太阳能电池在航空航天和柔性电子领域具有许多潜在应用,但较低的能量转换效率限制了其实际应用。一种新的制造方法提高了由钙钛矿制成的柔性太阳能电池的功率效率,钙钛矿是一类具有特定晶体结构的化合物,有助于将太阳能转化为电能。

目前的柔性钙钛矿太阳能电池(FPSC)的功率转换效率比刚性钙钛矿太阳能电池低,因为FPSC的钙钛矿薄膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的柔性基材具有柔软且不均匀的特性。

FPSC的耐用性也低于使用玻璃作为基板的刚性太阳能电池。柔性太阳能电池基板中的孔隙允许水和氧气侵入钙钛矿材料,导致它们降解。

为了解决当前FPSC技术的这些问题,清华大学电力系统运行与控制国家重点实验室和中国北京国家纳米科学中心纳米科学卓越中心的材料科学家团队开发了一种新的制造技术提高了FPSC的效率,为更大规模地使用该技术铺平了道路。

“提高FPSC的电力转换效率至关重要,原因如下:更高的效率……使FPSC与其他太阳能电池技术相比更具竞争力,降低每瓦发电成本……以及生产相同电量所需的资源,并增加清华大学电力系统运行与控制国家重点实验室副教授、该论文的资深作者ChenyiYi表示:纸。

具体来说,该团队开发了一种新的化学浴沉积(CBD)方法,可以在柔性基板上沉积氧化锡(SnO2),而不需要强酸,而许多柔性基板都对强酸敏感。这项新技术使研究人员能够更好地控制柔性基板上氧化锡的生长。氧化锡充当FPSC中的电子传输层,这对于功率转换效率至关重要。

Yi说:“这种CBD方法与之前的研究不同,它使用SnSO4硫酸锡而不是SnCl2氯化锡作为沉积SnO2的锡前体,使得新方法......与酸敏感的柔性基材兼容。”

重要的是,新的制造方法还解决了FPSC的一些耐用性问题。“由于钙钛矿中的Pb2+铅与SnO2中的SO42-之间的强协调作用,基于SnSO4的CBD后留下的残留SO42-硫酸盐另外有利于PSC的稳定性。因此,我们可以制造更高质量的SnO2以实现更高效、更稳定的FPSC。”

该团队实现了FPSC最高功率转换效率25.09%的新基准,并获得了24.90%的认证。SnSO4基柔性太阳能电池的耐用性也得到了证明,电池弯曲10,000次后仍能保持90%的功率转换效率。与基于SnCl2的柔性太阳能电池相比,基于SnSO4的柔性太阳能电池还表现出改善的高温稳定性。

研究团队开发的新制造方法产生了可重复的结果,并允许制造商重复使用化学浴,提高了可扩展FPSC生产的实用性。

“最终目标是将这些高效FPSC从实验室规模过渡到工业生产,使该技术在各个领域得到广泛的商业应用,从可穿戴技术、便携式电子产品、航空航天电源到大规模可再生能源解决方案,”易说。

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