23.64%转化率 - 科学家刷新了CIGS太阳能电池的世界纪录

23.64%转化率-科学家刷新了CIGS太阳能电池的世界纪录乌普萨拉大学在利用铜铟镓硒太阳能电池产生电能方面创造了新的世界纪录，效率高达23.64%。这一成就已由一家独立机构进行了验证，研究结果已发表在备受推崇的《自然-能源》杂志上。这一纪录是FirstSolar公司欧洲技术中心（前身为Evolar）与乌普萨拉大学太阳能电池研究人员合作的成果。"我们对这种太阳能电池和最近生产的其他太阳能电池的测量结果都在独立测量的误差范围之内。"这项研究的负责人、乌普萨拉大学太阳能电池技术教授玛丽卡-埃多夫（MarikaEdoff）说："这项测量还将用于我们自己测量方法的内部校准。"乌普萨拉大学材料科学与工程系教授兼太阳能电池技术部主任MarikaEdoff。资料来源：MikaelWallerstedt此前的世界纪录是23.35%（日本SolarFrontier公司），更早一些是22.9%（德国ZSW公司）。乌普萨拉大学曾保持过这一纪录，第一次是在20世纪90年代的Euro-CIS研究合作项目中。"我们还一度保持着串联原型的记录。"Edoff说："尽管我们保持电池记录已经有很长一段时间了，但我们往往只是落后于最佳结果，当然，还有许多相关方面需要考虑，例如扩展到大规模工艺的潜力，在这方面我们一直走在前列。"太阳能电池技术在全球范围内迅速发展，根据国际能源机构（IEA）的数据，到2022年，太阳能发电占全球电力的比例将略高于6%。晶体硅是太阳能电池最广泛使用的材料，目前最好的晶体硅太阳能电池组件可将22%以上的太阳光转化为电能，而且现代太阳能电池成本低、长期稳定。太阳能电池研究的一个目标是以合理的生产成本实现30%以上的效率。人们通常关注效率更高的串联太阳能电池，但迄今为止，这种电池的成本太高，无法大规模使用。23.64%的世界纪录是由德国弗劳恩霍夫ISE独立研究所测得的。这篇学术论文对太阳能电池进行了全面的材料和电气分析，并将其与其他研究机构之前的同类太阳能电池记录进行了比较。图片显示的是薄膜太阳能电池活性层的横截面，总厚度不超过3微米。利用隆德MAXIV设施测量的纳米XRF，可以高精度地测量太阳能电池中基体元素和微量元素（本例中为铷）的浓度。资料来源：MarikaEdoff太阳能电池最重要的特性是能够吸收光线并将能量传输到电力负载。要做到这一点，材料必须能够吸收最佳部分的阳光，同时避免在太阳能电池内将能量转化为热量而造成浪费。CIGS太阳能电池由一块普通窗玻璃制成的玻璃片组成，玻璃片上镀有几层不同的涂层，每一层都有特定的功能。吸收阳光的材料由铜、铟、镓和硒（因此缩写为CIGS）组成，并添加了银和钠。这层材料被放置在太阳能电池中，位于金属钼背触点和透明前触点之间。为了使太阳能电池尽可能高效地分离电子，CIGS层经过氟化铷处理。钠和铷这两种碱金属之间的平衡以及铜铟镓硒层的成分是影响转换效率的关键，即太阳能电池将整个太阳光谱转换为电能的比例。测量机构在进行测试时，会使用在强度和光谱上都与太阳相似的过滤光来测量太阳能电池的效率。在测量过程中，太阳能电池保持在受控温度下，独立机构定期相互发送校准太阳能电池。要登记为世界纪录，必须进行独立测量，在这种情况下，测量由弗劳恩霍夫ISE测量机构进行。"我们的研究表明，CIGS薄膜技术是一种具有竞争力的独立太阳能电池替代技术。该技术还具有可用于其他场合的特性，例如串联太阳能电池的底部电池，"Edoff说。为了进一步了解效率与太阳能电池结构之间的相关性，我们采用了几种先进的测量方法：在隆德的MAXIV设备上通过纳米XRF（X射线荧光光谱）对太阳能电池的材料进行了表征，并在此基础上进行了细致的成分分析。高分辨率的透射电子显微镜（TEM）用于研究太阳能电池的横截面，包括成分与深度的函数关系、晶粒如何形成以及各层之间的界面。通过光致发光，研究了太阳能电池在激光激发后发出的光的光谱，以此了解太阳能电池对内部电子的处理情况。与发光微弱的太阳能电池相比，发光明亮的太阳能电池内部热量损失较少。最后，还利用电学测量方法分析了铜铟镓硒材料的掺杂情况。"我们现在保持着世界纪录，这对乌普萨拉大学和FirstSolar欧洲技术中心来说都意义重大。对于以高可靠性著称的铜铟镓硒技术来说，创下世界纪录也意味着它可以为串联太阳能电池等新应用提供可行的替代方案。这对我们在世界各地的研究同事来说非常重要。我们希望对材料和电气性能的分析将为进一步提高性能奠定基础，"Edoff总结道。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425973.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425973.htm

突破极限：串联太阳能电池转化效率超过20%

突破极限：串联太阳能电池转化效率超过20%这项研究发表在2024年3月4日出版的《能源材料与器件》杂志上。光伏技术是一种利用太阳光并将其转化为电能的技术，因其提供清洁的可再生能源而广受欢迎。科学家们不断努力提高太阳能电池的功率转换效率，即效率的衡量标准。传统单结太阳能电池的功率转换效率已超过20%。要使单结太阳能电池的功率转换效率达到肖克利-奎塞尔极限以上，需要更高的成本。然而，通过制造串联太阳能电池，可以克服单结太阳能电池的肖克利-奎塞尔极限。利用串联太阳能电池，研究人员可以通过将太阳能电池材料堆叠在一起获得更高的能源效率。研究小组利用一种名为硒化锑的半导体，致力于制造串联太阳能电池。过去对硒化锑的研究主要集中在单结太阳能电池的应用上。但研究小组知道，从带隙的角度来看，这种半导体可能被证明是串联太阳能电池的合适底部电池材料。"硒化锑是一种适用于串联太阳能电池的底部电池材料。然而，由于使用硒化锑作为底部电池的串联太阳能电池的报道很少，因此人们很少关注它的应用。"中国科学技术大学材料科学与工程学院教授陈涛说："我们用它作为底部电池组装了一个具有高转换效率的串联太阳能电池，证明了这种材料的潜力。与使用单层半导体材料的单结太阳能电池相比，串联太阳能电池吸收阳光的能力更强。串联太阳能电池能将更多的太阳光转化为电能，因此比单结太阳能电池更节能。"演示概念验证串联太阳能电池，该电池由硒化锑和宽带隙过磷酸钙作为底部和顶部子电池吸收材料组成。通过优化顶部电池的透明电极和底部电池的制备工艺，该装置实现了超过20%的功率转换效率。来源：《能源材料与器件》，清华大学出版社研究小组制作了具有透明导电电极的过氧化物/硒化锑串联太阳能电池，以优化光谱响应。他们通过调整顶部电池透明电极层的厚度，获得了超过17%的高效率。他们通过引入双电子传输层，优化了硒化锑底部电池，实现了7.58%的功率转换效率。当他们用机械方法将顶部和底部电池组装成四端串联太阳能电池时，功率转换效率超过了20.58%，高于独立子电池的功率转换效率。他们的串联太阳能电池具有出色的稳定性和无毒成分。陈说："这项工作提供了一种新的串联器件结构，并证明硒化锑是一种很有前景的吸收材料，可用于串联太阳能电池的底部电池应用。"展望未来，研究小组希望努力开发集成度更高的双端串联太阳能电池，并进一步提高器件性能。"硒化锑的高稳定性为制备两端串联太阳能电池提供了极大的便利，这意味着它在与多种不同类型的顶层电池材料搭配时可能会取得良好的效果。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433485.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433485.htm

科学家利用微波加热改善太阳能电池的可回收能力

科学家利用微波加热改善太阳能电池的可回收能力众所周知，太阳能对环境是有益的。它没有直接的温室气体排放，而且阳光是一种可再生资源，不太可能很快耗尽。太阳能电池板由太阳能电池组成，通过光伏效应将来自太阳或人造光的光能直接转化为电能。但是制造太阳能电池板的缺点是，生产太阳能电池非常耗费能源，而且一旦它们的寿命结束，回收它们的方法也很有限。PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354765.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354765.htm

科学家开发出可逆转辐射损伤影响的自修复太阳能电池板

科学家开发出可逆转辐射损伤影响的自修复太阳能电池板几十年来，卫星一直依赖太阳能电池板，利用光伏电池将太阳光转化为电能，但某些类型的辐射损伤会导致太阳能电池板的效率每年下降高达10%。按照这个速度，用不了多久，它们就会失去作用，变成太空垃圾。科学家们发现，当在真空中加热时，辐射损伤可以在包晶太阳能电池中逆转。在地球上进行的模拟测试表明，退化的太阳能电池板在升温后可以恢复到原有效率的100%，而太阳恰好是一个完美的空间加热器。悉尼大学ARC激子科学卓越中心的副研究员AnitaHo-Baillie教授说，他们希望这项工作所产生的经验能为未来的太空应用开发出低成本、轻质的太阳能电池。新卫星的发射规模惊人。截至2023年5月，SpaceX公司已经在轨道上部署了4000多颗Starlink互联网通信卫星，并计划总共部署近12000颗卫星。遗憾的是，这一突破并不能保护卫星和人造物体免受其他太空威胁。例如，去年美国国家航空航天局（NASA）称，詹姆斯-韦伯望远镜（JamesWebbtelescope）被一颗相当大的微流星体击中。这次撞击被认为是一次不可避免的偶然事件，但却对望远镜的整体性能造成了"几乎无法察觉的影响"。研究小组在《先进能源材料》（AdvancedEnergyMaterials）杂志上发表了一篇论文，题为"孔传输材料及其掺杂剂对7兆电子伏质子辐照后超薄基底上的过氧化物太阳能电池的稳定性和可恢复性的影响"，详细介绍了他们的研究结果。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371909.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371909.htm

韩国科学家解决金属氧化物层降解问题 实现21.68%的透明太阳能电池效率

韩国科学家解决金属氧化物层降解问题实现21.68%的透明太阳能电池效率韩国能源研究所（KoreaInstituteofEnergyResearch）大大推进了半透明过氧化物太阳能电池技术的发展，实现了21.68%的世界领先效率，并显示出卓越的耐久性。这一突破旨在提高太阳能电池在窗口和串联配置中的应用，应对到2050年实现碳中和的关键挑战。通过创新研究，该团队提高了这些电池的稳定性和效率，为太阳能领域做出了重大贡献。资料来源：韩国能源研究院这种半透明太阳能电池的效率达到破纪录的21.68%，是世界上使用透明电极的过氧化物太阳能电池中效率最高的。此外，它们还表现出了卓越的耐久性，在运行240小时后仍能保持99%以上的初始效率。为了到2050年实现碳中和，关键在于实现下一代太阳能电池技术的"超高效率"和"应用领域多样化"，克服安装空间和国土面积的限制。这就需要高效和多功能的技术，如串联太阳能电池和窗用太阳能电池。这两种技术都需要高效、稳定的半透明过氧化物太阳能电池。为了制造半透明的过氧化物太阳能电池，有必要将传统不透明太阳能电池的金属电极换成允许光线通过的透明电极。在此过程中，会产生高能粒子，导致空穴传输层性能下降。左起为透辉石太阳能电池、半透明透辉石太阳能电池、透辉石-硅串联太阳能电池。资料来源：韩国能源研究院为了避免这种情况，通常会在空穴传输层和透明电极层之间沉积一层金属氧化物作为缓冲。然而，与在相同条件下生产的不透明太阳能电池相比，半透明器件的电荷传输性能和稳定性都有所下降，其确切原因和解决方案尚未明确。研究人员利用电光分析和原子级计算科学，找出了在制造半透明过氧化物太阳能电池过程中电荷传输性能和稳定性降低的原因。他们发现，为提高空穴传输层导电性而加入的锂离子（Li）会扩散到作为缓冲层的金属氧化物层中，最终改变金属氧化物缓冲层的电子结构，使其特性降低。此外，除了找出原因之外，研究人员还通过优化空穴传输层的氧化时间来解决问题。他们发现，通过优化氧化，将锂离子转化为稳定的氧化锂（LixOy），可以减轻锂离子的扩散现象，从而提高器件的稳定性。这一发现揭示了以前被认为是简单反应副产品的氧化锂在提高效率和稳定性方面可以发挥关键作用。安世镇、安承奎、严康勋（左起）和纳克维-赛义德-迪达尔-海德尔（NaqviSyedDildarHaider）在圆圈内。图片来源：韩国能源研究院所开发的工艺制成的半透明过氧化物太阳能电池效率高达21.68%，是所有透明电极过氧化物太阳能电池中效率最高的。此外，这项研究还证明，在黑暗储存条件下400小时和在连续照明运行条件下240多小时，其初始效率仍能保持在99%以上，令人印象深刻，展示了其出色的效率和稳定性。研究团队进一步将开发的太阳能电池用作串联太阳能电池的顶层电池，创造了国内首个双面串联太阳能电池，既可利用从背面反射的光，也可利用从正面入射的光。通过与JusungEngineeringCo.,Ltd.和德国Jülich研究中心合作，双面串联太阳能电池在后方反射光为标准太阳光20%的条件下，实现了较高的双面等效效率，四端子为31.5%，双端子为26.4%。这项研究的负责人、光伏研究部的AhnSeJin博士表示："这项研究通过考察有机化合物和金属氧化物缓冲层界面上发生的降解过程，在该领域取得了重大进展，而这种降解过程是半透明过氧化物太阳能电池所独有的，我们的解决方案很容易实现，这表明我们开发的技术在未来的应用中具有巨大潜力"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420785.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420785.htm

科学家揭示效率破纪录的串联太阳能电池背后的秘密

科学家揭示效率破纪录的串联太阳能电池背后的秘密透辉石/硅串联太阳能电池的照片。晶片中间的活性区域被银电极包围。图片来源：JohannesBeckedahl/LeaZimmerman/HZB"柏林亥姆霍兹中心在硅异质结技术和包晶体太阳能电池方面都积累了丰富的专业知识，而且合作非常密切，因此我们才有可能取得这一成果，"柏林亥姆霍兹中心包晶体串联太阳能电池研究小组负责人SteveAlbrecht教授说。例如，HySPRINT创新实验室的包光体专家和光伏能力中心（PVcomB）的硅专家已经为串联太阳能电池创造了多项效率世界纪录。现在，《科学》杂志首次详细介绍了这种串联太阳能电池，2022年12月，它还创造了新的效率世界纪录，将32.5%的入射日光转化为电能，成为当时的头条新闻。这一世界纪录一直保持到2023年4月中旬被沙特阿拉伯KAUST研究中心光伏实验室的一个小组打破。该研究领域竞争异常激烈，全世界有许多小组都在从事这一领域的研究。现在，HZB团队再次率先提交了一份扎实、科学严谨的同行评审技术出版物，其中包含精确的测量数据集以及有关串联电池结构的详细信息。图中所示为串联太阳能电池的结构示意图，底部电池由硅制成，顶部电池由包晶石制成。顶部电池利用光谱中的"蓝光"成分，而底部电池则转换红光和近红外线。不同的薄层优化了光的利用，并将损耗降至最低。图片来源：EikeKöhnen/HZB阿尔布雷希特和他的团队主要依靠博士后研究员西尔维亚-马里奥蒂（SilviaMariotti）博士和艾克-科宁（EikeKöhnen）博士开发的一种经过大幅改良的过氧化物晶化合物和一种新型碘化哌嗪分子进行复杂的表面改性。这在很大程度上抑制了电荷重组，并显著降低了相关损耗。利用特殊的测量技术，研究人员能够详细分析串联电池界面和各层的基本过程，并在加深理解的基础上进一步优化这些过程。随后，研究人员将研发成果结合起来，应用于串联太阳能电池，并对顶部电极进行了进一步调整，以改善光学性能。来自不同机构的许多专家都参与了串联电池的生产和开发：例如，波茨坦大学的一个小组对单个和串联电池进行了先进的光电测量；西班牙圣塞巴斯蒂安的JoxeMariKorta中心合成了用于改性表面的新型分子；立陶宛考纳斯技术大学的一个小组帮助加工了薄膜质量极高的新型过氧化物化合物。只有将所有改性结合起来，才有可能实现光电压（开路电压）和光电流的最大值，从而提高效率。在过去几年中，世界各地的研究机构和光伏公司一直在不断提高太阳能电池的效率。最近两年的情况尤其令人兴奋：2021年底，德国联邦科学院的团队将硅和过氧化物串联太阳能电池的效率提高到了略低于30%（29.8%）的创纪录水平。这是通过在太阳能电池中引入特殊的周期性纳米结构实现的。2022年夏天，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）报告了一种效率为31.3%的经认证的串联电池。从2022年12月到2023年4月中旬，世界纪录又回到了HZB，达到了32.5%，直到沙特阿拉伯的KAUST光伏实验室在实验室中展示了33.2%的过氧化物硅串联电池。2023年5月，KAUST甚至成功地将这一记录提高到了33.7%。阿尔布雷希特说："我们对我们科学学科的这些巨大进步感到非常兴奋。它们给我们带来了希望，让我们相信这项技术能够在未来数年内为应对气候变化的可持续能源供应做出重要贡献，因为珍珠光泽石/硅串联太阳能电池的升级和工业化生产也是可行的"。HZB的科学主任BerndRech教授说："硅/透辉石串联太阳能电池的效率现在已经达到了以前只有昂贵的III/V半导体才能达到的范围"。制造这种串联太阳能电池的技术原则上已经存在，而且成本可能很低；现在的重点是进一步提高户外使用的稳定性。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378677.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378677.htm