【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，《自然·通訊》(Nature Communications)在線發(fā)表了武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院肖旭東、宮俊波團(tuán)隊(duì)關(guān)于窄帶隙銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池及其疊層電池的最新研究成果。
 

　　論文題為“Highly Efficient Narrow Bandgap Cu(In,Ga)Se2Solar Cells with Enhanced Open Circuit Voltage for Tandem Application”(《具有增強(qiáng)開路電壓的高效窄帶隙銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池用于疊層應(yīng)用》)。武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院張俊俊博士為論文第一作者，肖旭東教授和宮俊波副研究員為通訊作者，武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院為第一署名單位。
 

　　疊層太陽(yáng)能電池近年來(lái)成為研究的前沿方向，因?yàn)樗鼈冇型趯?shí)際應(yīng)用中突破單結(jié)太陽(yáng)能電池固有的肖克利-奎瑟效率極限。銅銦鎵硒(CIGS)太陽(yáng)能電池通過(guò)調(diào)控In/Ga比例，可實(shí)現(xiàn)帶隙接近1.0 eV，其疊層電池理論轉(zhuǎn)換效率可超過(guò)45%，是作為疊層電池底電池的理想選擇。在CIGS太陽(yáng)能電池的制備過(guò)程中，Ga的梯度分布設(shè)計(jì)至關(guān)重要。目前窄帶隙CIGS吸收層的Ga梯度設(shè)計(jì)主要有三種形式：純CIS吸收層、背表面單梯度CIGS吸收層和雙梯度CIGS吸收層。吸收層背表面的Ga有利于載流子傳輸和界面復(fù)合的減少，而前表面的Ga則有利于拓寬PN結(jié)處的帶隙寬度，從而提升開路電壓。然而，在高溫生長(zhǎng)過(guò)程中，Ga容易向吸收層中部擴(kuò)散，導(dǎo)致最低帶隙區(qū)域帶隙增加。
 

　　該研究通過(guò)在傳統(tǒng)三步法基礎(chǔ)上預(yù)沉積一層高Ga含量的CIGS層，并結(jié)合第二階段生長(zhǎng)過(guò)程中達(dá)到化學(xué)計(jì)量點(diǎn)([Cu]/([Ga]+[In])=1)后進(jìn)行Cu過(guò)量沉積的技術(shù)，顯著抑制了Ga和In的相互擴(kuò)散。SIMS表征結(jié)果顯示，該方法有效擴(kuò)大了最低帶隙區(qū)域的寬度，同時(shí)降低了最低點(diǎn)的帶隙，實(shí)現(xiàn)了理想的“U”型梯度分布。隨后，研究團(tuán)隊(duì)將RbF后處理工藝應(yīng)用于CIGS電池中，成功在1.01 eV帶隙下實(shí)現(xiàn)了20.37%的光電轉(zhuǎn)換效率(認(rèn)證效率為20.26%)，開路電壓損失僅為368 mV。此外，將窄帶隙(1.01 eV)的CIGS電池與寬帶隙(1.67 eV)的鈣鈦礦電池組裝成四端疊層電池，疊層效率達(dá)到了29.02%，其中CIGS底電池貢獻(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的10%的絕對(duì)效率。這項(xiàng)工作通過(guò)對(duì)CIGS吸收層前后表面Ga梯度的精確調(diào)控，成功制備出高效的窄帶隙CIGS太陽(yáng)能電池，為未來(lái)疊層電池的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
 

　　該研究得到了武漢大學(xué)“雙一流”經(jīng)費(fèi)、國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省“雙碳”科技創(chuàng)新專項(xiàng)基金、武漢市知識(shí)創(chuàng)新專項(xiàng)的支持，武漢大學(xué)分析測(cè)試中心提供了設(shè)備和技術(shù)幫助。(通訊員宮俊波)