安博体育官网登陆入口.真空镀膜机手套箱)与硅配对效率提升:钙钛矿电池向接
发布时间:2024-03-02 05:24:53 来源:安博体育官网登陆 作者:安博体育官网
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  此前,硅太阳能电池的理论效率极限在29.4%。但去年,科学家们已经成功打破了串联硅钙钛矿太阳能电池的效率纪录,首次突破了30%的里程碑。现在,他们不仅透露了他们是如何做到的,另一支研究团队也表示,他们用不同的方法打破了这一纪录。

  最常见的太阳能电池使用硅来吸收光。现代商业硅太阳能电池的效率现在超过24%,最好的实验室电池的效率达到了26.8%。提高太阳能电池效率的一种方法是将两种不同的光吸收材料堆叠在一个装置中。这种串联的方法增加了太阳能电池可以获得的阳光光谱。

  科学家们越来越多地研究了钙钛矿在串联太阳能电池中的应用,因为这些晶体价格低廉,而且很容易在实验室中生产。一种常见的方法是使用由钙钛矿制成的顶部电池来吸收较高能量的可见光,而使用由硅制成的底部电池来吸收较低能量的红外线年,一组德国研究人员透露了他们是如何开发出效率为29.8%的钙钛矿硅串联太阳能电池的,而位于瑞士诺伊沙特尔的瑞士电子与微技术中心的另一个小组及其合作者创造了31.25%的新纪录。瑞士电子与微技术中心的材料科学家说:“这是一种结构与大规模生产兼容的技术首次达到了30%以上的效率。”

  现在研究人员和他们的同事透露了他们是如何制造该设备的,而柏林的科学家和他们的合作者则推出了一种效率高达32.5%的新型串联太阳能电池。研究小组透露,他们的设备由硅底电池上的钙钛矿顶电池组成,硅底电池具有几微米高的金字塔。使用纹理表面而不是平面表面增强了表面的光捕获能力。

  该小组采用两步法沉积钙钛矿。首先,他们使用热蒸发在金字塔覆盖的硅底部电池上铺设无机模板。接下来,他们使用一种溶液将这种支架结晶成钙钛矿。这有助于确保钙钛矿也形成金字塔以捕捉光线。钙钛矿硅串联太阳能电池面临的一个关键问题是防止在光帮助分离这些电荷后,带负电的电子和带正电的空穴在钙钛矿顶部电池中重新组合而导致电荷损失。团队采用了一种策略来克服这个问题,那就是放置一层碳60富勒烯层,可以有效地从钙钛矿中提取电子。然而,在钙钛矿表面的缺陷处,电子和空穴可以重新结合。通过在钙钛矿电池的结晶过程中使用膦酸添加剂来避免这种情况,这有助于防止这些缺陷的形成。

  瑞士联邦理工学院洛桑光伏实验室的材料科学家表示:“这些结果表明,该技术已准备好进入下一个发展阶段,这意味着稳定性和可扩展性方面现在应该成为重点。”柏林研究小组使用了一种不同的方法,依赖于一种被称为碘化哌嗪鎓的离子液体。流体是由带正电的阳离子和带负电的阴离子组成的盐。这使其能够修饰钙钛矿上的正表面缺陷和负表面缺陷,以减少复合。

  沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的科学家们超过了这两项记录,他们在4月和5月分别开发了效率为33.2%和33.7%的钙钛矿硅串联电池:“我们相信35%是可以实现的目标。”小组目前正专注于开发工业上适用的加工方法,以扩大生产规模,并提高这些设备的运行稳定性。

  一直以来,钙钛矿太阳能电池(PSCs)都以其高功率转换效率和低成本的溶液加工而受到人们的关注。然而,确保它们在高温下的稳定性一直是一个挑战,因为它们不同层之间的接触点( 界面 )容易退化,导致能量损失和性能下降。在由瑞士洛桑联邦理工学院牵头的一项新研究中,科学家们发现,他们可以通过使用氟化苯胺(一种用于制药、农用化学品和材料科学的化合物)来最大限度地减少 PSC 在高温下的降解。

  具体而言,研究人员在 PSC 制造的 界面钝化 步骤中加入了氟化苯胺。 界面钝化 是一种用于增强不同层或材料之间界面的稳定性和性能,以减少缺陷,减少电荷复合,提高整体效率和稳定性的技术。研究人员解释称,氟化苯胺的加入避免了配体嵌入,提高了 PSCs 的稳定性。这阻止了配体分子在钙钛矿材料的层或结构之间的连续渗透,从而破坏了晶体的完整性,导致 PSCs 的降解和性能下降。

  利用这种方法,研究人员使倒置结构钙钛矿的准转换功率效率达到了 24.09%。而且,在 85 ° C 的温度、50% 的相对湿度和 1 个太阳发光度(正常条件下正午太阳的日照强度)的测试中,该器件在保持其功能和效率的情况下,以最大发电量连续工作了 1560 小时(约 65 天)。研究人员表示,这项研究对钙钛矿的稳定性做出了重大贡献,并为提高其在高温环境下的性能、耐久性和可靠性提供了潜在的解决方案,使人们更接近这种有前途的光伏技术的太瓦级应用。

  钙钛矿已经显示出作为低成本、高效太阳能电池材料的巨大潜力,光伏行业和研究界正在努力开发新工艺,希望能量产可以在室外条件下耐受25年或更长时间的光伏电池设备。为了实现这一目标,大量不同的方法正在试验中。其中许多都是基于钙钛矿前体材料的添加剂,这些添加剂可以在材料生长时影响材料的结构,或在一些脆弱材料周围形成保护层。

  近期土耳其科尼亚技术大学的科学家们发现了一种添加剂,似乎可以同时做到上述两点。他们发现海泡石是一种天然存在的粘土矿物,主要由硅、镁和氧组成,可以作为钙钛矿太阳能电池的支架层而不需要作任何改变,并使电池更高效稳定。在实验中,该小组使用的平面钙钛矿太阳能电池的初始最大效率为7.92%,他们发现用海泡石添加剂制造的电池,最大效率可以跃升至16%以上,在其他相同条件下生产的电池效率提高了一半以上。

  渔光互补作为复合型光伏电站的代表之一,不仅丰富了钙钛矿组件户外商业化实证的应用场景,为乡村振兴提供了经济发展新路径,同时进一步推动了钙钛矿商业化进程,为钙钛矿后续的技术进阶、产品优化、商业化发展提供了重要的数据支持和经验积累。此次并网的渔光互补电站位于衢州市衢江区,衢州水面资源丰富,因地制宜地采用“板上发电、板下养殖”模式,一期装机容量约260kW,业主单位为衢江建投,采用的是通过中国质量认证中心和德国电气工程师协会产品稳定性全序列国内外双认证的钙钛矿α组件。

  浙江的梅雨季,持续阴雨,高温高湿,空气中相对湿度高达80%以上,这对钙钛矿光伏系统来说是一个挑战。早前业界一直认为,钙钛矿材料对水氧较为敏感,传统封装方案很难满足钙钛矿组件在潮湿环境下的稳定性要求。

  镀膜:钙钛矿的制备工艺与其他薄膜电池类似,需要通过溶液涂布法、溶液喷涂法、气相沉积法等方式,制备高纯度、缺陷少、高覆盖率、致密的钙钛矿层薄膜与传输薄膜,以改善不同层结构之间的电学接触,减少传输过程中的损耗,实现高的电池转换效率。

  封装:目前的封装技术采用了类似晶硅的技术,主要是替换掉原本晶硅用的EVA胶膜,因为EVA是聚醋酸乙烯酯,它的聚合不可能100%完成,里面一定会存在醋酸的残基,而醋酸会跟胺类反应成氨基酸,所以从原理上EVA不可用在钙钛矿,钙钛矿主要用POE材料。

  无论是哪种太阳能,都离不开表面镀膜:目前所有的技术方法,都不能很好的解决镀膜膜层均匀性的问题。喷涂法镀膜过程中,喷中心镀膜液富集多,造成花斑;表面刻蚀法因压花玻璃表面成分难以均一,导致刻蚀反应的速度不一致造成膜厚不均匀;即使均匀性辊涂法,受制于玻璃厚薄差、辊道传输抖动等多种因素的制约,也难以达到高精度的一致性。在镀膜均匀性无法进一步提高的情况下,其结果一方面造成组件的色差影响外观,另一方面由于镀膜玻璃各区域透光率不一致造成热斑效应,影响组件的耐久性。

  针对这一问题,在制备太阳能电池时,一般是需要使用真空镀膜手套箱的:由真空镀膜系统和真空手套箱系统集成而成,可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀,并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。在手套箱氮气环境里里旋涂钙钛矿前驱液,避免接触水和空气,可以直接通过连接藏舱将制备好的钙钛矿电池传到蒸发舱里,蒸发电极,全程实验都可以做到无水无氧的环境下操作。

  方腔室自动门热蒸发镀膜机嵌入手套箱内,配套膜厚仪,分子泵,机械泵,4个蒸发源,合理的蒸发源布局,保证每个蒸发源到基片的距离完全一样,提高了成膜质量和均匀性;整套系统由真空镀膜系统和手套箱系统集成而成,可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀,并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。主要用于太阳能电池钙钛矿、OLED和PLED、半导体制备等实验研究与应用。