科技日報(bào)記者 劉園園
記者2月5日從西湖大學(xué)獲悉，該校未來產(chǎn)業(yè)研究中心、工學(xué)院王睿團(tuán)隊(duì)在柔性疊層太陽電池領(lǐng)域取得重要突破——他們成功讓鈣鈦礦與銅銦鎵硒兩種材料疊在一起，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.4%。相關(guān)研究成果日前刊發(fā)在《自然·光子學(xué)》期刊上。
“如果把單結(jié)鈣鈦礦太陽電池比作單層蛋糕，疊層太陽電池便是多層蛋糕?！蓖躅４虮确秸f，每一層半導(dǎo)體材料層都能“捕捉”特定波長的太陽光。因此它能吸收比“單層”電池更廣泛的太陽光能量，更高效地將太陽光轉(zhuǎn)化為電能，從而突破單結(jié)太陽電池轉(zhuǎn)換效率天花板。
王睿團(tuán)隊(duì)選擇將鈣鈦礦與銅銦鎵硒（CIGS）這兩種材料進(jìn)行疊層研究。在王?？磥?，鈣鈦礦與柔性銅銦鎵硒相組合制備太陽電池非常有潛力，因?yàn)樗诜€(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率方面具有先天的顯著優(yōu)勢。
制備疊層太陽電池，如同在微觀世界里做蛋糕，是個(gè)手藝活。這塊“蛋糕”不僅有15層之多，而且對每一層的厚度、均勻性都有嚴(yán)格要求——每一層最好不要有孔洞，不同層的制備往往需要使用不同的儀器設(shè)備，而且需要對參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格優(yōu)化和控制。
2022年，王睿實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)兩端柔性鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽電池研發(fā)工作。經(jīng)過一年多嘗試，銅銦鎵硒基底上的鈣鈦礦薄膜依然布滿孔洞，無法形成致密光吸收層。到2023年底，研究團(tuán)隊(duì)中多數(shù)博士生轉(zhuǎn)向其他課題，只有田柳文繼續(xù)堅(jiān)持，并且在不斷測試中調(diào)整研究思路。田柳文和王睿商量后決定，跳出之前一直使用同一種鈣鈦礦薄膜制備工藝的思維定勢，在銅銦鎵硒基底上嘗試不同的鈣鈦礦薄膜制備工藝。
遭遇多次失敗后，他們終于在電鏡下首次發(fā)現(xiàn)，其中一個(gè)樣品具有均勻致密的鈣鈦礦表面形貌。此后，王睿團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化鈣鈦礦層以及其它層的制備工藝，在兩端柔性鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽電池技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了快速突破，光電轉(zhuǎn)換效率不斷攀升。
“這種柔性輕薄的疊層太陽電池，厚度僅相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的直徑，其未來有望應(yīng)用到建筑、汽車、飛行器、柔性可穿戴設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域?！蓖躅＝榻B。
（西湖大學(xué)供圖）
