新材料可大幅提高太阳能电池板的效率

新材料可大幅提高太阳能电池板的效率美国利哈伊大学的一个研究小组创造了一种材料，它可以大大提高太阳能电池板的效率。使用这种材料作为太阳能电池活性层的原型显示出80%的平均光电吸收率、很高的光激发载流子生成率以及前所未有的高达190%的外部量子效率(EQE)--这远远超过了硅基材料的肖克利-奎塞尔理论效率极限，并将光伏量子材料领域推向了新的高度。ChindeuEkuma。资料来源：利哈伊大学物理学教授ChineduEkuma在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上发表了他与利哈伊大学博士生SrihariKastuar合作开发这种材料的论文。先进的材料特性这种材料的效率飞跃主要归功于其独特的"中间带态"，即材料电子结构中的特定能级，使其成为太阳能转换的理想选择。这些态的能级在最佳子带间隙内，即材料能有效吸收阳光并产生电荷载流子的能量范围，约为0.78和1.26电子伏特。此外，这种材料在电磁波谱的红外线和可见光区域的高吸收率表现尤为出色。以CuxGeSe/SnS为活性层的薄膜太阳能电池示意图。资料来源：Ekuma实验室/利哈伊大学在传统太阳能电池中，最大EQE为100%，即每吸收一个太阳光光子，就能产生和收集一个电子。然而，过去几年中开发的一些先进材料和配置已证明能够从高能光子中产生和收集一个以上的电子，即EQE超过100%。斯里哈里-卡斯图阿尔，利哈伊大学。资料来源：利哈伊大学虽然这种多重激子生成（MEG）材料尚未广泛商业化，但它们有可能大大提高太阳能发电系统的效率。在Lehigh开发的材料中，中间带态能够捕获传统太阳能电池通过反射和产热等方式损失的光子能量。材料开发与潜力研究人员利用"范德华间隙"（层状二维材料之间的原子级微小间隙）开发出了这种新型材料。这些间隙可以限制分子或离子，材料科学家通常利用它们来插入或"插层"其他元素，以调整材料特性。为了开发新型材料，利哈伊大学的研究人员在硒化锗（GeSe）和硫化锡（SnS）制成的二维材料层之间插入了零价铜原子。Ekuma是计算凝聚态物理方面的专家，在对该系统进行了大量计算机建模并证明其理论前景后，他开发了这一原型作为概念验证。他说："其快速反应和更高的效率有力地表明了铜掺杂GeSe/SnS作为一种量子材料在先进光伏应用中的使用潜力，为提高太阳能转换效率提供了一条途径。这是开发新一代高效太阳能电池的理想候选材料，将在满足全球能源需求方面发挥至关重要的作用。"虽然将新设计的量子材料整合到当前的太阳能系统中还需要进一步的研究和开发，但埃库马指出，用于制造这些材料的实验技术已经非常先进。随着时间的推移，科学家们已经掌握了将原子、离子和分子精确插入材料的方法。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427195.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427195.htm

慕尼黑工业大学新发现可大幅提高有机太阳能电池的效率

慕尼黑工业大学新发现可大幅提高有机太阳能电池的效率太阳为地球提供了大量能量，但太阳能电池总会损失一部分能量。这是使用有机太阳能电池的一个障碍，尤其是对那些在创新应用中可行的太阳能电池而言。提高有机太阳能电池效率的一个关键因素是改善材料中积累的太阳能的传输。慕尼黑工业大学（TUM）的一个研究小组现已证明，某些有机染料可以帮助建立能量通过的"虚拟高速公路"。有机太阳能电池是一种轻型、极薄的能量收集器，作为一种柔性涂层，几乎适用于任何表面：基于有机半导体的太阳能电池开辟了一系列应用可能性，例如，可卷起的太阳能电池板和薄膜，或用于智能设备。但许多应用的一个缺点是，材料内部收集的能量传输相对较差。研究人员正在研究有机太阳能电池的基本传输过程，以找到改善这种传输的方法。德国慕尼黑工业大学光谱学理论方法教授弗兰克-奥特曼（FrankOrtmann）就是研究人员之一。他和他来自德累斯顿的同事们最关注的是光与材料之间的相互作用，尤其是所谓的激子的行为。FrankOrtmann教授（右）和MaximilianDorfner讨论特定分子如何提高有机太阳能电池的效率。图片来源：S.Reiffert/TUM"激子就像是太阳的燃料，必须以最佳方式加以利用，"身为"电子转换"卓越小组成员的奥特曼解释道。"当光子形式的光能与太阳能电池材料碰撞时，会被吸收并缓冲为激发态。这种中间状态被称为激子"。这些电荷在到达专门设计的界面之前不能用作电能。奥特曼和他的团队现在已经证明，可以使用有机染料创建所谓的激子传输高速公路。"让激子尽快到达这一界面之所以如此重要，是因为它们的寿命很短。"奥特曼说："传输速度越快、针对性越强，能量产量就越高，太阳能电池的效率也就越高。"这种有机染料分子被称为醌型花青素，由于其化学结构和出色的吸收可见光的能力，使其成为可能。因此，它们也适合用作有机太阳能电池的活性层，奥特曼解释说。"利用光谱测量和模型，研究人员能够观察到染料分子中飞驰的激子。"奥特曼补充说："我们的设计所提供的1.33电子伏特的数值远远高于有机半导体中的数值--可以说有机染料分子形成了一种超级高速公路。"这些基础性的新发现可以为在有机固体物质中实现有针对性的、更高效的激子传输铺平道路，从而加速开发性能更高的有机太阳能电池和有机发光二极管。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399865.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399865.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

华科大太阳能电池登上Science 突破第三代光伏技术瓶颈

华科大太阳能电池登上Science突破第三代光伏技术瓶颈不同于传统p-n结器件光电转换动力学过程，钙钛矿太阳能电池电荷分离采用载流子3D注入机制，结合界面钝化，基于碳电极的无空穴传输层可印刷介观钙钛矿太阳能电池光电转化效率获得大幅提升。该方法突破了全湿法制备光伏器件效率低的传统认知，将可印刷介观钙钛矿太阳能电池效率提升至第三方认证的22.3%。华科大表示，下一步，通过对介观光电子学的深入研究，有望为基于全湿法工艺的下一代高性能光伏，乃至电致发光、光电探测器件的超低成本大面积制造提供可行方案和理论支撑。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423819.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423819.htm

新型铜铟镓硒太阳能电池能效创纪录 转换效率高达23.64%

新型铜铟镓硒太阳能电池能效创纪录转换效率高达23.64%最新CIGS太阳能电池结构的电子显微镜分析。图片来源：《自然·能源》网站国际能源署数据显示，太阳能电池的部署量在全球范围内迅速增长，2022年太阳能发电量占全球电力超过6%。晶硅是太阳能电池中使用最广泛的材料，目前由晶硅制成太阳能电池最多可将逾22%的阳光转化为电力，这种太阳能电池成本低廉且性能比较稳定。研究人员希望以合理的生产成本获得30%以上的光电转换效率，由此开始关注CIGS等更高效的串联太阳能电池。但串联太阳能电池成本太高，迄今无法大规模生产和部署。薄膜太阳能电池中活性层的横截面，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最新研制出的CIGS太阳能电池包含一块玻璃板，玻璃板上覆盖了几个不同的层，每个层都具有特定功能。吸收阳光的材料由铜、铟、镓和硒化物组成，并添加了银和钠。材料被置于太阳能电池内，位于金属钼和透明的玻璃板之间。为使太阳能电池在分离电子方面尽可能高效，研究团队用氟化铷处理了CIGS层。研究人员表示，钠和铷这两种碱金属之间的平衡，以及CIGS层的组成是提高转换效率的关键。CIGS太阳能电池能效此前的世界纪录是23.35%，由日本SolarFrontier公司创造，再之前是德国巴登符腾堡太阳能和氢能源研究中心创下的纪录22.9%。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421703.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421703.htm

新研发的全过氧化物串联太阳能电池拥有创纪录的高效率和电压表现

新研发的全过氧化物串联太阳能电池拥有创纪录的高效率和电压表现从效率上看，过氧化物燃料电池的运用比例在十年多一点的时间里急剧上升，从2009年的4%以下上升到2021年的25%以上，以至于现在可以与硅基太阳能电池匹敌。在所谓的串联电池中，它的效果甚至更好，在这种电池中，多层材料被堆叠在一起，以收集来自太阳的不同波长的光。例如，Perovskit-硅串联太阳能电池最近超过了30%的效率里程碑。在这项新的研究中，一个来自多伦多大学的工程师团队创造并测试了一个全过氧化物串联太阳能电池。一个太阳能电池怎么可能是全过氧化物而仍然是串联的呢？这是因为该材料的厚度和化学成分可以被调整，使其能够利用太阳光谱的不同部分，因此两种不同的材料可以结合在一个设备中。"在我们的电池结构中，顶部的过氧化物层有一个更宽的带隙，它在光谱的紫外线部分以及一些可见光中吸收良好，"该研究的共同牵头人李崇文说。"底层有一个狭窄的带隙，它更多地被调整到光谱的红外部分。在这两者之间，我们可以实现覆盖比用硅材料吸收更多的光谱。"使用这种设计，该团队报告说，一个尺寸为1平方厘米（0.15英寸）的太阳能电池的最大效率为27.4%，这将是这种类型的电池的新纪录，并且对于任何类型的太阳能电池来说都令人印象深刻。然而，该团队并没有声称自己是冠军，因为美国国家能源局之前的独立认证记录了26.3%的效率，而全过氧化物串联太阳能电池比目前的官方纪录保持者仅差0.1%。该电池确实在其电压表现方面取得了新的纪录。该团队测量的开路电压为2.19伏，是所有全过氧化物串联太阳能电池中最高的。这两个令人印象深刻的数据都是由于在过氧化物吸光层和携带电子的层之间的界面上进行了调整。研究小组发现，电场在整个过氧化物的表面并不一致，这意味着一些电子会流失到电路中。因此，研究小组添加了一层被称为1,3-丙二铵（PDA）的薄涂层，它使表面的电荷分布更均匀。该团队表示，未来的工作将集中在通过使电池更稳定、增加电流和扩大电池的尺寸来提高太阳能电池的效率。该研究发表在《自然》杂志上。了解更多：https://news.engineering.utoronto.ca/international-research-collaboration-produces-all-perovskite-tandem-solar-cell-with-high-efficiency-record-voltage/...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332957.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332957.htm