荷兰研发新型超薄太阳能电池 转换效率可高达19.7%

荷兰代尔夫特理工大学的科学家开发出了一种交错背触式(IBC)、铜-铟-硒化镓(CIGS)太阳能电池，其亚微米厚度为673纳米。

代尔夫特的研究人员说，传统的前/后接触式(FBC)太阳能电池由于其顶部层的寄生吸收而遭受光损耗，这可能会导致光电流密度损失10%。此外，科学家们指出，“在柔性CIGS太阳能电池的案例中，金属栅格会造成额外的光学阴影，从而进一步降低光学性能。”

据小组分析，由于薄膜电池基于柔性塑料基板，因此无法使用大约550摄氏度的常规CIGS沉积工艺。研究人员声称使用了一种新的低温成膜技术，该技术并未影响设备的性能，就像CIGS细胞在低于550度的温度下生长时通常会发生的那样。

代尔夫特团队设计的IBC电池与荷兰Solliance太阳能研究所提供的效率为11.9%的FBC设备进行了比较，代尔夫特团队特别关注吸收器的性能。

代尔夫特电池的特点是采用了基于氧化铝(Al2O3)和氟化镁(MgF2)的双层抗反射涂层。代尔夫特集团表示：“氧化铝和氟化镁的最佳厚度分别是80和85纳米。”吸收器前端的氧化铝层也可以作为化学和电钝化层。

研究人员在设备背面放置了一个反射器，以提高光子二次吸收的概率。

在IBC电池上使用掺镓氧化锌(GZO)作为n掺透明导电氧化物。该化合物被认为掺杂浓度高，吸收系数低，热稳定性高，自由载流子吸收低。

通过对两种太阳能电池进行不同几何参数和吸收材料特性的模拟，代尔夫特器件的效率为17%。研究人员表示：“从缺陷密度的角度来看，我们的模拟吸收体的质量低于先进的CIGS吸收体材料，因此我们研究了缺陷密度对电池性能的影响。通过观察，效率可以提高到19.7%。”

研究人员说，氧化铝层中固定负电荷的存在确保了电钝化和小宽度值的低复合。代尔夫特集团表示:“我们展示了具有最佳带隙分级和高吸收体质量的IBC结构如何帮助我们实现亚微米CIGS层的高效率。”

代尔夫特团队表示，虽然接受复制该设备所需的昂贵的构图步骤可能会阻碍其技术的商业化，但他们的设计可能特别适合于三端和四端串联太阳能设备。

据小组调查，柏林Helmholtz-Zentrum(HZB)的科学家们今年4月宣布，利用CIGS和钙钛矿技术相结合的串联电池，他们已经实现了24.16%的效率。这一里程碑使串联装置的效率超过了去年1月由SolarFrontier创造的单个1厘米细胞的23.35%的记录。