利用特制有机分子涂层,为新一代太阳能电池板带来革命性改变。据《Angewandte Chemie》杂志报道,
在太阳能电池的运作中,光能激发半导体产生电子和带正电的“空穴”,这两者的分离与收集过程直接影响电流的形成。发展串联电池技术,旨在充分利用太阳光谱,提升电池效率。
这种串联电池结构由两种不同的半导体材料组成,各自吸收不同波长的光。目前,硅(主要吸收红光及近红外光)与钙钛矿(高效利用可见光)的组合成为主流。传统的单片串联电池通过在支架上依次涂覆这两种半导体材料制成,通常使用的是区域熔化工艺生产的硅片,具有经过抛光或纳米结构化的表面,但这些方法成本较高。
相比之下,采用直拉单晶制造法(Czochralski)制备的、表面具有微米级锥体结构的硅片成本更低。这些微纹理结构因反射率低而增强光捕获能力。然而,在这类硅片上涂覆钙钛矿时,常会在晶格中引入缺陷,影响电子性能,降低钙钛矿层的效能和稳定性。
表面钝化技术的飞跃
在姚凯教授领导下,来自南昌大学、苏州麦克斯韦科技、中石油管材研究所(陕西)、香港理工大学、武汉理工大学及复旦大学(上海)的研究团队开发出一种创新的表面钝化策略,有效平滑了钙钛矿层的表面缺陷。该团队采用了动态喷涂技术,制备出一种含三氟甲基的噻吩乙基铵化合物(CF3-TEA),形成了一层极其均匀的涂层。
CF3-TEA涂层凭借其高极性和强大的结合能,极大地减少了表面缺陷的影响,抑制了非辐射复合,并调整了电子能级,使得电子更容易地转移到电池的电子捕获层。这一表面改性技术使基于直拉硅制成的标准纹理晶片上的钙钛矿/硅叠层太阳能电池实现了接近31%的卓越效率,并保持了长期稳定性。