記者2月5日從西湖大學獲悉，該校未來產(chǎn)業(yè)研究中心、工學院王睿團隊在柔性疊層太陽電池領域取得重要突破——他們成功讓鈣鈦礦與銅銦鎵硒兩種材料疊在一起，光電轉換效率達到23.4%。相關研究成果日前刊發(fā)在《自然·光子學》期刊上。
“如果把單結鈣鈦礦太陽電池比作單層蛋糕，疊層太陽電池便是多層蛋糕。”王睿打比方說，每一層半導體材料層都能“捕捉”特定波長的太陽光。因此它能吸收比“單層”電池更廣泛的太陽光能量，更高效地將太陽光轉化為電能，從而突破單結太陽電池轉換效率天花板。
王睿團隊選擇將鈣鈦礦與銅銦鎵硒（CIGS）這兩種材料進行疊層研究。在王?？磥?，鈣鈦礦與柔性銅銦鎵硒相組合制備太陽電池非常有潛力，因為它在穩(wěn)定性和轉換效率方面具有先天的顯著優(yōu)勢。
制備疊層太陽電池，如同在微觀世界里做蛋糕，是個手藝活。這塊“蛋糕”不僅有15層之多，而且對每一層的厚度、均勻性都有嚴格要求——每一層最好不要有孔洞，不同層的制備往往需要使用不同的儀器設備，而且需要對參數(shù)進行嚴格優(yōu)化和控制。
2022年，王睿實驗室啟動兩端柔性鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽電池研發(fā)工作。經(jīng)過一年多嘗試，銅銦鎵硒基底上的鈣鈦礦薄膜依然布滿孔洞，無法形成致密光吸收層。到2023年底，研究團隊中多數(shù)博士生轉向其他課題，只有田柳文繼續(xù)堅持，并且在不斷測試中調整研究思路。田柳文和王睿商量后決定，跳出之前一直使用同一種鈣鈦礦薄膜制備工藝的思維定勢，在銅銦鎵硒基底上嘗試不同的鈣鈦礦薄膜制備工藝。
遭遇多次失敗后，他們終于在電鏡下首次發(fā)現(xiàn)，其中一個樣品具有均勻致密的鈣鈦礦表面形貌。此后，王睿團隊通過優(yōu)化鈣鈦礦層以及其它層的制備工藝，在兩端柔性鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽電池技術上實現(xiàn)了快速突破，光電轉換效率不斷攀升。
“這種柔性輕薄的疊層太陽電池，厚度僅相當于一根頭發(fā)絲的直徑，其未來有望應用到建筑、汽車、飛行器、柔性可穿戴設備等多個領域。”王睿介紹。
記者2月5日從西湖大學獲悉，該校未來產(chǎn)業(yè)研究中心、工學院王睿團隊在柔性疊層太陽電池領域取得重要突破——他們成功讓鈣鈦礦與銅銦鎵硒兩種材料疊在一起，光電轉換效率達到23.4%。相關研究成果日前刊發(fā)在《自然·光子學》期刊上。
“如果把單結鈣鈦礦太陽電池比作單層蛋糕，疊層太陽電池便是多層蛋糕。”王睿打比方說，每一層半導體材料層都能“捕捉”特定波長的太陽光。因此它能吸收比“單層”電池更廣泛的太陽光能量，更高效地將太陽光轉化為電能，從而突破單結太陽電池轉換效率天花板。
王睿團隊選擇將鈣鈦礦與銅銦鎵硒（CIGS）這兩種材料進行疊層研究。在王?？磥?，鈣鈦礦與柔性銅銦鎵硒相組合制備太陽電池非常有潛力，因為它在穩(wěn)定性和轉換效率方面具有先天的顯著優(yōu)勢。
制備疊層太陽電池，如同在微觀世界里做蛋糕，是個手藝活。這塊“蛋糕”不僅有15層之多，而且對每一層的厚度、均勻性都有嚴格要求——每一層最好不要有孔洞，不同層的制備往往需要使用不同的儀器設備，而且需要對參數(shù)進行嚴格優(yōu)化和控制。
2022年，王睿實驗室啟動兩端柔性鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽電池研發(fā)工作。經(jīng)過一年多嘗試，銅銦鎵硒基底上的鈣鈦礦薄膜依然布滿孔洞，無法形成致密光吸收層。到2023年底，研究團隊中多數(shù)博士生轉向其他課題，只有田柳文繼續(xù)堅持，并且在不斷測試中調整研究思路。田柳文和王睿商量后決定，跳出之前一直使用同一種鈣鈦礦薄膜制備工藝的思維定勢，在銅銦鎵硒基底上嘗試不同的鈣鈦礦薄膜制備工藝。
遭遇多次失敗后，他們終于在電鏡下首次發(fā)現(xiàn)，其中一個樣品具有均勻致密的鈣鈦礦表面形貌。此后，王睿團隊通過優(yōu)化鈣鈦礦層以及其它層的制備工藝，在兩端柔性鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽電池技術上實現(xiàn)了快速突破，光電轉換效率不斷攀升。
“這種柔性輕薄的疊層太陽電池，厚度僅相當于一根頭發(fā)絲的直徑，其未來有望應用到建筑、汽車、飛行器、柔性可穿戴設備等多個領域。”王睿介紹。
本文鏈接：http://jphkf.cn/news-2-408-0.html我國科學家在柔性疊層太陽電池領域取得重要突破
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