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 First Solar 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（Marika Edoff）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 Marika Edoff。资料来源：Mikael Wallerstedt此前的世界纪录是 23.35%（日本 Solar Frontier 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 MAX IV 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：Marika Edoff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 MAX IV 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 First Solar 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： 手机版：

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（Korea Institute of Energy Research）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（Naqvi Syed Dildar Haider）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 Jusung Engineering Co., 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 Ahn SeJin 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： 手机版：

轻巧、高效、耐用：FIDO 太阳能电池的三重承诺

轻巧、高效、耐用：FIDO 太阳能电池的三重承诺 采用 FIDO 技术的非晶太阳能电池更高效、更稳定、更轻巧。资料来源：Yutaka Matsuo日本名古屋大学研究人员领导的一个研究小组创造出一种基于富勒烯茚满酮（FIDO）的材料，有望提高下一代太阳能电池的耐用性。耐久性一直是太阳能电池实际应用和商业化的最大障碍之一。研究人员在《美国化学学会杂志》（Journal of the American Chemical Society）上发表了他们的研究成果。下一代太阳能电池可能会使用基于透镜的电池。这些基于晶体的电池效率很高，甚至可以在室内微弱光线条件下发电。它们还比传统的硅太阳能电池更轻、更灵活。因此，它们更适合安装在窗户和墙壁等垂直表面上。这些太阳能电池的许多独特性能都来自富勒烯（C60）。富勒烯的形状独特，像一个足球，让人一眼就能认出。富勒烯是一种碳基半导体，可以引导电子产生能量，因此对有机电子产品至关重要。研究人员可以将有机分子附着在富勒烯上，以增强其电子功能，从而创造出具有不同特性的衍生物。FIDO介绍：稳定高效的材料未来社会创新研究所的松尾丰教授领导的研究小组在富勒烯中加入了茚酮，从而制造出了FIDOs。茚酮是一种在反应中非常有用的化合物。它具有独特的融合环结构，能在富勒烯和茚酮的苯部分之间建立牢固的碳联系。这就形成了一种即使在加热时也非常稳定的排列。松尾和他的合作者利用FIDO控制薄膜生成一种非晶材料，而不是目前使用的硅太阳能电池中更为常见的晶体材料。与组织严密的晶体相比，非晶材料的结构更加随机。这种随机性使得非晶体薄膜可以通过调整沉积条件和调整薄膜的电特性来达到太阳能电池技术的要求，从而具有特定的性能。当他们将新技术与标准薄膜进行比较时，发现新薄膜有许多优点。与传统薄膜不同，它更高效、更稳定，而且这些特性不会退化。重要的是，转换效率并没有降低。对光伏技术的广泛影响松尾说："我们的无定形薄膜在加热时不会结晶，形态稳定性极佳。薄膜的一个问题是，当加热到 150°C 时，结晶程度会增加。我们新开发的薄膜在沉积后是一种无定形薄膜，即使在加热时也保持无定形。"该研究小组认为他们的技术具有广泛用途。松尾说："预计这些富勒烯衍生物不仅可用于过氧化物太阳能电池，还可用于光电转换元件，如有机光电二极管和有机光电探测器。有机光电探测器有助于相机成像传感器的高分辨率，并将用于智能手机显示屏的指纹验证，允许从手指触摸屏幕的任何部分解锁"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

物理学家利用有机材料并四苯开发出效率显著提高的新型太阳能电池

物理学家利用有机材料并四苯开发出效率显著提高的新型太阳能电池 帕德博恩大学的物理学家利用复杂的计算机模拟设计出一种新型太阳能电池，其效率大大高于现有的太阳能电池。性能的提升归功于一种名为"蒽"的有机化合物的细长涂层。相关成果最近发表在著名期刊《物理评论快报》上。"地球上每年的太阳辐射能超过一万亿千瓦小时，因此超过全球能源需求的 5000 多倍。因此，光伏技术，即利用太阳光发电，为清洁和可再生能源的供应提供了巨大的潜力，但这一潜力在很大程度上仍未得到开发。"帕德博恩大学自然科学系主任、物理学家沃尔夫-吉罗-施密特（Wolf Gero Schmidt）教授解释说："目前，用于这一目的的硅太阳能电池在市场上占主导地位，但其效率有限。其中一个原因是短波辐射的部分能量没有转化成电能，而是转化成了无用的热量。"(从左至右）作者 Uwe Gerstmann 博士、Marvin Krenz 博士和 Wolf Gero Schmidt 博士教授与他们关于太阳能电池能量传输的海报。图片来源：帕德博恩大学，Besim Mazhiqi施密特解释说："为了提高效率，可以在硅太阳能电池中加入有机层，例如由半导体并四苯制成的有机层。短波光会被这层有机层吸收，并转化为高能电子激发子，即所谓的激子。这些激子在并四苯中衰变为两个低能激子。如果能成功地将这些激子转移到硅太阳能电池中，就能有效地将它们转化为电能，并提高可用能量的总体产量。"施密特的团队正在帕德博恩大学的高性能计算中心帕德博恩并行计算中心（PC2）使用复杂的计算机模拟，研究蒽向硅的激发转移。现在已经取得了决定性的突破：在与同样来自帕德博恩大学的 Marvin Krenz 博士和 Uwe Gerstmann 教授共同进行的一项研究中，科学家们发现，在蒽薄膜和太阳能电池之间的界面上存在不饱和化学键形式的特殊缺陷，这会极大地加速激子转移，这种缺陷发生在氢的解吸过程中，并导致具有波动能量的电子界面态，这些波动像升降机一样将电子激发子从梭碳烯传送到硅中。太阳能电池中的这种"缺陷"实际上与能量损失有关，这使得三位物理学家的研究结果更加令人吃惊："就梭形硅界面而言，缺陷对于能量的快速传输至关重要。我们的计算机模拟结果确实令人吃惊。我们的计算机模拟结果确实令人吃惊，同时也为设计效率显著提高的新型太阳能电池提供了精确指标。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家制造出高柔韧性、高功率重量比的晶硅异质结太阳能电池

科学家制造出高柔韧性、高功率重量比的晶硅异质结太阳能电池 图为薄膜型晶硅太阳能电池。江苏科技大学供图“我们研发的晶硅电池最薄仅有50微米，比A4纸还薄，可以弯曲成一个卷，而且比传统晶硅电池更高效。”江苏科技大学李阳教授告诉记者。李阳介绍，晶硅太阳能电池以硅为主要材料，是目前最为成熟、应用最广的光伏发电技术。但晶硅电池也面临两大技术瓶颈：一是大面积的晶硅电池光电转换效率难以突破26%；二是目前较为先进的晶硅电池，其厚度一般在150微米至180微米，难以应用于海面漂浮式光伏、曲面屋顶、卫星、空间站等对材料重量或柔韧性要求较高的场景。在本项研究中，三方团队开发了表界面钝化、掺杂接触生长等新工艺。测试结果表明，厚度在57微米至125微米的5种产品，均取得26%以上的转换效率，最高达26.81%。其中，57微米厚的这款电池，其电池功率重量比为1.9瓦/克，曲率半径19毫米，功率重量比是市面现有产品的23倍。相关数据获权威检测机构德国哈梅林太阳能研究所认证。 ... PC版： 手机版：

科学家研制出第一种无阳极钠固态电池

科学家研制出第一种无阳极钠固态电池 根据发表在《Nature Energy》期刊上的一项研究，芝加哥大学的科学家研制出第一种无阳极钠固态电池。阳极会逐渐磨损，一旦磨损掉电池就没用了，无阳极不存在该问题；今天广泛使用的电池都是锂电池，而锂是稀缺性矿物质，相比下钠既丰富又价格便宜。钠电池、固态电池和无阳极电池都已经存在，但将三者组合起来还是第一次。研究人员研制出的这种新电池能稳定循环数百次，用钠代替锂使得其制造更便宜和环保，新的固态设计使其更安全。 via Solidot