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科研进展

苏州纳米所陆书龙团队在柔性高效多结太阳电池研究方向取得新进展

发布日期(qi):2019-12-25 浏览次数(shu): 【关闭】

柔性高效太阳电池在航空(kong)航天、新能(neng)源(yuan)汽(qi)车、智能(neng)可穿戴装备领域有重要应用。针对柔性(xing)高效III-V化合物(wu)半导体多结太(tai)阳(yang)电池制(zhi)备中(zhong)存在的(de)光(guang)电流匹配的多结材料高(gao)质量生(sheng)长以及大尺寸外(wai)延(yan)材料的剥离和转移等技术难题,中科院苏州纳米所陆(lu)书龙研究团队开(kai)展了长期研究(jiu),近期(qi)取得(de)了重要进展

在基(ji)于两步键合(he)转移(yi)方法制备的33.13%倒置三结(jie)GaInP/GaAs/InGaAsJ. Cryst. Growth 2019, 513: 38柔性太阳(yang)电池的基础上,研究团队经过多年积(ji)累(lei),创新性地提出了电镀与低温键合(he)(he)相结合(he)(he)的(de)外延薄膜转移方案(an),优(you)化了柔性高(gao)效太阳电池的(de)制(zhi)备工艺(yi),批量能力强(qiang)、良品率高,电池更轻柔(rou)。采(cai)用该(gai)技术制备的(de)柔(rou)性高效三结(jie)太(tai)阳(yang)电池,光电转换(huan)效率达到34.68%,重量面密(mi)度仅有(you)169g/m2。该(gai)技术已申(shen)请国家发明专利(201810904936.5 201910132351.0),并(bing)通(tong)过(guo)PCT国(guo)际专利(PCT/CN2019/078134)进入(ru)美(mei)国、日本、欧盟等国家(jia)。

在柔性四结太阳电池的研究方面,针对倒(dao)置直接生长的AlGaInP/AlGaAs/InGaAs/InGaAs四结(jie)太阳电池存(cun)在的低短路电流密度(du)但J-V曲线形状(zhuang)正常的这一关(guan)键问题,进行了四结电池的失效分析研究。结果表(biao)明,AlGaInP电池是导(dao)致电流密度降低(di)的(de)主要(yao)原因(yin)较(jiao)低外量子效率表明(ming)AlGaInP材料的少(shao)数(shu)载流子无法有效收集,导致短路(lu)电流密度降(jiang)低。二次离子(zi)质谱(SIMS结果表(biao)明,失效的电池主要是(shi)由于在AlGaInP材料生长(zhang)过(guo)程中引入了较高浓度的氧,很容易形成Al-O深能级(ji)缺陷。通过优化AlGaInP子电池材料(liao)的生长,在前期25%(未镀反(fan)射膜(mo))的光电转(zhuan)换效率基础上Sol. Energy. Mat. Sol. Cell 2020, 208: 110398,进(jin)一步获得了效(xiao)率为34.9、开路(lu)电压为3.53V的四结太阳电池。最新研究成果Failure Analysis of Thin Film Four-Junction Inverted Metamorphic Solar Cells为(wei)题在(zai)线发(fa)表在光伏领域权威期刊Prog. Photovolt. Res. Appl.DOI: 10.1002/pip.3355

1. IMM四(si)结太阳电池J-V曲线和结构示意图

同(tong)时(shi),针对多结叠层太阳电(dian)池子电(dian)池特(te)性无(wu)法直接测量(liang)的难点,采用(yong)外量(liang)子效率(lv)EQE和(he)电致发(fa)光谱EL的光电互易原理,计算(suan)分(fen)析各子电池光(guang)电特性(xing),实现针对性指导(dao)多结太(tai)阳电(dian)池优化设计。该(gai)成果以Subcells Analysis of Thin Film Four-Junction Solar Cells Using Optoelectronic Reciprocity Relation为题发(fa)表在Sol. RRLDOI: 10.1002/solr.202000542)。


2. IMM四(si)结太(tai)阳电池(chi)EQE曲线(xian)和(he)不(bu)同(tong)注(zhu)入电流(liu)EL发(fa)射(she)曲线

图(tu)3. 通(tong)过ELEQE光电互(hu)易(yi)原(yuan)理计算的子电池(chi)J-V特性曲线

上述相关工作(zuo)的主要作(zuo)者为中科院苏州纳米所在读博士研究生龙(long)军华等,通讯作(zuo)者为陆书龙(long)研究员(yuan)。上述工作(zuo)得到了国(guo)家自然科学基金重点和面上项目、国(guo)家重(zhong)点(dian)研发计划课题、企(qi)业合作(zuo)以(yi)及所自有资金项目等(deng)资助

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