Energy Material Advances?|?準(zhǔn)平坦帶隙窄禁帶CIGS底電池在鈣鈦礦/CIGS疊層電池中的應(yīng)用
Cu(In1-xGax)Se2?(CIGS)是一種有前途且理想的疊層太陽(yáng)能電池底部電池材料,可以將雙結(jié)太陽(yáng)能電池的Shockley-Queisser理論效率突破到40%以上。然而,通過(guò)三步法工藝沉積的高效CIGS太陽(yáng)能電池通常是雙分級(jí)的,導(dǎo)致底部電池的吸收不完全。為此,我們提出并制備了單帶隙分級(jí)和準(zhǔn)平帶隙CIGS太陽(yáng)能電池用于鈣鈦礦/CIGS四端子串聯(lián)太陽(yáng)能電池,這更有利于長(zhǎng)波長(zhǎng)吸收和更高的短路電流密度;并且應(yīng)用在18.9%半透明無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池上,制備了4-T的25.6% 鈣鈦礦/CIGS 串聯(lián)器件。

圖 1:(a)GGI=0.40的三步共蒸發(fā)工藝圖;(b)GGI=0.27 的三步共蒸發(fā)工藝圖,
(c)CIGS雙分級(jí)設(shè)計(jì),(d)CIGS平帶設(shè)計(jì)。
近期,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院李偉民副研究員、楊春雷研究員與北京理工大學(xué)姜巖教授團(tuán)隊(duì),通過(guò)調(diào)整Ga梯度,使CIGS形成準(zhǔn)平坦帶隙。這種帶隙有利于更長(zhǎng)的波長(zhǎng)吸收,使其更適合用作串聯(lián)太陽(yáng)能電池的底部電池。GGI達(dá)到最佳值0.27時(shí),CIGS太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出高達(dá)17.3%的高效率。其與18.9%近紅外透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相結(jié)合,展示了4-T結(jié)構(gòu)的25.6%鈣鈦礦/CIGS疊層電池。該論文以“Quasi-flat narrow bandgap CIGS bottom cell application in perovskite/CIGS tandem solar cells”為題發(fā)表在Science合作期刊Energy Material Advances上。
論文第一作者為碩士生梁博文、史勝、紹興超和陳璐璐,通訊作者為北京理工大學(xué)姜巖教授,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院楊春雷研究員和李偉民副研究員。該系列研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市等科技項(xiàng)目資助。

圖 2:CIGS橫截面 SEM-EBIC圖像(a)Ga/(In+Ga)=0.40,(b)Ga/(In+Ga)=0.36,
(c)Ga/(In+Ga)=0.34,(d)Ga/(In+Ga)=0.32和 (e)Ga/(In+Ga)=0.27。

圖3:(a)不同GGI含量的XRD,(b)GGI=0.27時(shí)CIGS吸收層的XRD,(c)不同GGI含量CIGS的拉曼圖。

圖4:不同鎵含量的CIGS太陽(yáng)能電池的SIMS圖(a)GGI =0.40,(b) GGI =0.34,
(c)GGI= 0.27,(d)SIMS計(jì)算出的GGI隨深度的變化。

圖5:4-T串聯(lián)太陽(yáng)能電池的性能。(a)J-V曲線(xiàn)和(b)EQE曲線(xiàn)的J-V曲線(xiàn)和EQE曲線(xiàn)。
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