南京大學團隊取得全鈣鈦礦光伏組件研究突破

新華社南京2月24日電（記者 陳席元）記者從南京大學獲悉，該校譚海仁教授課題組研制的大面積全鈣鈦礦光伏組件取得新突破，經(jīng)國際權(quán)威第三方機構(gòu)測試，其穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)化效率達24.5%，刷新此類組件的世界紀錄，也為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展打下技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)論文23日發(fā)表在國際學術(shù)期刊《科學》上。

據(jù)譚海仁介紹，鈣鈦礦是新型太陽能電池的重點研發(fā)方向之一。和傳統(tǒng)晶硅材料相比，鈣鈦礦光伏組件更輕、更薄，具有可彎曲、半透明等良好特性，應(yīng)用場景更豐富。近年來，譚海仁課題組一直致力于研究鈣鈦礦，取得小面積電池光電轉(zhuǎn)化效率28%、大面積疊層組件光電轉(zhuǎn)化效率21.7%等成果。

“疊層組件由帶隙不同的子電池堆疊而成，窄帶隙子電池能夠吸收寬帶隙子電池吸收不了的光，理論上，疊層組件的光電轉(zhuǎn)化效率應(yīng)該更高，21.7%這個結(jié)果顯然不能令人滿意。”論文共同第一作者、南京大學2019級直博生高寒告訴記者，實驗室制備的小面積電池只有1平方厘米左右，而真正具有商用價值的是組件，所以必須突破大面積疊層組件的效率關(guān)。

難點在于窄帶隙鈣鈦礦薄膜的生產(chǎn)工藝?！罢瓗垛}鈦礦薄膜的結(jié)晶過程太快，不好控制，大面積制備時，會出現(xiàn)薄膜不均勻的問題。而且鈣鈦礦的結(jié)晶過程上下不同步，容易導致薄膜的底部產(chǎn)生大量缺陷?！备吆f。

為了解決這個問題，譚海仁課題組在前驅(qū)體溶液中加入了甘氨酰胺鹽酸鹽，它能夠減緩鈣鈦礦的結(jié)晶速率，將薄膜的制備時間延長到原來的10倍左右，并且能自發(fā)誘導修復底部缺陷。

高寒表示，用這種辦法制造的窄帶隙鈣鈦礦薄膜，與寬帶隙鈣鈦礦薄膜結(jié)合后，所形成的疊層組件面積達20.25平方厘米。經(jīng)過國際權(quán)威第三方機構(gòu)測試，該組件取得24.5%的光電轉(zhuǎn)化效率，相關(guān)數(shù)據(jù)被國際《太陽能電池效率表》收錄，目前尚無同類組件打破該紀錄。

譚海仁表示，此次突破為后續(xù)發(fā)展打下了技術(shù)基礎(chǔ)，“我們還將不斷嘗試制備面積更大、效率更高的全鈣鈦礦光伏組件，向著產(chǎn)業(yè)化的目標踏實前進。”

《中國教育報》2024年02月25日第1版