ASU Feng Yan 教授：鈣鈦礦/硒化銻四端迭層太陽能電池的探討

摘要

近年來，串聯(lián)太陽能電池技術(shù)因其突破單結(jié)太陽能電池 Shockley–Queisser 限制的潛力而備受關(guān)注。然而，開發(fā)兼具成本效益和高效率的串聯(lián)裝置仍是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。亞利桑那州立大學(xué) Feng Yan 教授團(tuán)隊(duì)在 Solar 期刊發(fā)表了題為"Exploring the Feasibility and Performance of Perovskite/Antimony Selenide Four-Terminal Tandem Solar Cells" 的論文，成功驗(yàn)證了使用寬能隙鈣鈦礦頂電池和窄能隙硒化銻底電池組成的四端 (4T) 串聯(lián)太陽能電池的可行性，并展示了其優(yōu)異的電池性能。

研究方法

研究團(tuán)隊(duì)首先利用一維 (1D) 太陽能電池電容仿真器 (SCAPS) 進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果顯示這種架構(gòu)具有可行性，預(yù)測鈣鈦礦/硒化銻 4T 串聯(lián)裝置的仿真效率可達(dá) 23%。為了驗(yàn)證仿真結(jié)果，他們制造了兩個(gè)寬能隙半透明鈣鈦礦電池，能隙分別為 1.6 eV 和 1.77 eV，并將其與窄能隙硒化銻 (1.2 eV) 機(jī)械堆棧，形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，最終實(shí)驗(yàn)效率超過 15%。這些研究成果展現(xiàn)了鈣鈦礦頂電池與新興的地球富含量硒化銻薄膜太陽能技術(shù)相結(jié)合的巨大潛力，為提高整體裝置效率提供了新的途徑。

設(shè)計(jì)及工作原理

論文中詳細(xì)介紹了 4T 串聯(lián)太陽能電池的設(shè)計(jì)理念和工作原理。寬能隙 (WBG) 鈣鈦礦頂電池負(fù)責(zé)吸收高能量光子，而低能量光子則穿透頂電池并被窄能隙 (NBG) 硒化銻底電池吸收。這種設(shè)計(jì)確保了太陽光譜的有效利用，最大限度地提高了整體裝置效率。

研究團(tuán)隊(duì)采用了多種先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備來制造和表征串聯(lián)太陽能電池，其中包括：

旋涂法沉積鈣鈦礦層和空穴傳輸層 (HTL)

近空間升華法 (CSS) 沉積硒化銻吸收層

太陽光仿真器測試電池的電流-電壓特性

光焱科技設(shè)備的應(yīng)用

光焱科技 (enlitech) QE-R光伏/太陽能電池量子效率光學(xué)儀

通過這些技術(shù)和設(shè)備，研究團(tuán)隊(duì)成功地制造了高效穩(wěn)定的 4T 串聯(lián)太陽能電池，并對其性能進(jìn)行了深入分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，1.6 eV 鈣鈦礦頂電池和硒化銻底電池組成的 4T 串聯(lián)太陽能電池的效率高，達(dá)到 16.13%，而 1.77 eV 鈣鈦礦頂電池的串聯(lián)效率則為 14.96%。這表明鈣鈦礦材料的能隙對串聯(lián)電池的性能有著顯著影響。

結(jié)果與貢獻(xiàn)

這項(xiàng)研究的主要貢獻(xiàn)在于：

驗(yàn)證了鈣鈦礦/硒化銻 4T 串聯(lián)太陽能電池的可行性，并展示了其優(yōu)異的電池性能。

通過模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，探討了鈣鈦礦材料能隙對串聯(lián)電池性能的影響。

為開發(fā)低成本、高效的串聯(lián)太陽能電池提供了新的思路和方向。

結(jié)論

總而言之，亞利桑那州立大學(xué) Feng Yan 教授團(tuán)隊(duì)的研究成果為鈣鈦礦/硒化銻串聯(lián)太陽能電池技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為未來太陽能電池技術(shù)的發(fā)展指明了方向。隨著鈣鈦礦和硒化銻材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們相信鈣鈦礦/硒化銻串聯(lián)太陽能電池將在未來太陽能市場中扮演重要角色。

Reference?

solar, Published: 3 April 2024?