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國立新加坡大學研究人員發明全球效率紀錄三重結合太陽能電池

(SeaPRwire) –   新加坡2024 年 3 月 5 日新加坡国立大学(NUS) 的科学家们开发出一种新型三结钙钛矿/硅串联太阳能电池,可在 1 平方厘米的太阳能吸收面积上实现 27.1% 的认证世界纪录转换效率,代表迄今为止性能最好的三结钙钛矿/硅串联太阳能电池。为了实现这一目标,该团队设计了一种新型的氰酸酯集成钙钛矿太阳能电池,该电池稳定且节能。

新加坡国立大学标志 (PRNewsFoto/新加坡国立大学)

太阳能电池可以制造在两个以上的层中并组装成多结太阳能电池,以提高效率。每一层都由不同的光伏材料制成,并吸收不同范围内的太阳能。然而,当前的多结太阳能电池技术存在许多问题,例如能量损失,导致电压低和器件在运行过程中的不稳定性。

为了克服这些挑战,助理教授侯毅领导的科学家团队首次演示了氰酸酯成功集成到钙钛矿太阳能电池中,开发出一种尖端的钙钛矿/硅串联三结太阳能电池,其性能超出了其他类似多结太阳能电池。侯教授是新加坡国立大学下 CDE 的总统青年教授,同时也是 NUS 大学级研究所 SERIS 的组长。

侯教授说:“值得注意的是,在钙钛矿基太阳能电池领域经过 15 年的持续研究后,这项工作构成了首个钙钛矿中加入氰酸酯的实验证据,以提高其结构稳定性和提高能量转换效率。”

导致这一突破性发现的实验过程已发表于上的 2024 年 3 月 4 日。

制造能效太阳能电池技术

钙钛矿结构的组分之间的相互作用决定了它所能达到的能量范围。调整这些组分的比例或找到直接的替代品可以帮助改变钙钛矿的能量范围。然而,先前的研究尚未产生具有超宽能量范围和高效率的钙钛矿配方。

在这篇最近发表的作品中,NUS 团队对氰酸酯进行了实验,氰酸酯是一种新型的拟卤化物,用作溴化物的替代品——一种通常用于钙钛矿的卤化物基团的离子。侯教授团队的研究员刘顺昌博士采用了各种分析方法,以确认氰酸酯成功集成到钙钛矿结构中,并制造了氰酸酯集成钙钛矿太阳能电池。

对新钙钛矿原子结构的进一步分析首次提供了实验证据,证明掺入氰酸酯有助于稳定其结构并在钙钛矿内部形成关键的相互作用,展示了它如何成为钙钛矿基太阳能电池中卤化物的可行替代品。

在评估性能时,NUS 科学家发现,与传统的钙钛矿太阳能电池的 1.357 伏相比,掺入氰酸酯的钙钛矿太阳能电池可以达到更高的 1.422 伏电压,并且能量损失显着减少。

研究人员还在受控条件下对新设计的钙钛矿太阳能电池进行了测试,在最大功率下连续运行 300 小时。测试期过后,太阳能电池保持稳定,运行能力超过 96%。

受到氰酸酯集成钙钛矿太阳能电池卓越性能的鼓舞,NUS 团队通过使用它组装三结钙钛矿/硅串联太阳能电池,将他们突破性的发现提升到了一个新的高度。研究人员堆叠了钙钛矿太阳能电池和硅太阳能电池,创建了双结半电池,为氰酸酯集成钙钛矿太阳能电池的连接提供了理想的基础。

一旦组装完毕,研究人员证明,尽管钙钛矿/硅三结串联太阳能电池的结构复杂,但它仍然稳定,并从认可的独立光伏校准实验室获得了 27.1% 的认证世界纪录效率。

侯教授说:“总的来说,这些进步为减轻钙钛矿太阳能电池中的能量损失提供了突破性的见解,并为钙钛矿基三结太阳能技术进一步发展设定了新的方向。”

后续步骤

理论上,钙钛矿/硅三结串联太阳能电池的效率超过 50%,这为进一步提高效率提供了巨大的潜力,尤其是在安装空间受限的应用中。

未来,NUS 团队的目标是在不影响效率和稳定性的情况下将此技术提升到更大的模块。未来的研究将重点关注钙钛矿的界面和组成方面的创新——这些是团队确定的进一步推进这项技术的关键领域。

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来源:新加坡国立大学

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