光伏新能源是國(guó)家戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)，在我國(guó)已形成了巨大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,。硅光伏電池是光伏新能源的主流技術(shù),，占據(jù)光伏市場(chǎng)97%的份額,。但硅光伏電池兩大核心技術(shù)—“載流子選擇接觸”和“界面缺陷鈍化”均涉及高溫或高真空重型裝備,，成本難以進(jìn)一步降低,，亟需開(kāi)發(fā)更低成本的新型光伏器件及鈍化新技術(shù)以支撐光伏產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),。
物理學(xué)院光伏技術(shù)陳劍輝團(tuán)隊(duì)在大量探索和研究的基礎(chǔ)上,，發(fā)現(xiàn)了光伏領(lǐng)域不同于傳統(tǒng)場(chǎng)效應(yīng)鈍化和化學(xué)鈍化的第三種鈍化機(jī)理—“電化學(xué)鈍化”并發(fā)展出了一種全新的低成本光伏電池鈍化技術(shù)，該技術(shù)為解決當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)化痛點(diǎn)問(wèn)題和開(kāi)發(fā)新型光伏器件提供了新的思路和途徑,。近期,，該團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)鈍化技術(shù)應(yīng)用方面取得系列進(jìn)展。
(1)化合物半導(dǎo)體銅銦鎵硒太陽(yáng)電池鈍化
銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)電池具有高效穩(wěn)定,、弱光響應(yīng)好及可柔性化等特點(diǎn),，在光伏建筑一體化(BIPV)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。但CIGS多晶化合物薄膜由于存在大量晶界和體缺陷,，影響了其器件性能,。該研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)利用電化學(xué)鈍化可有效處理CIGS表/界面和晶界深缺陷，使電池轉(zhuǎn)化效率提升4%以上,，為多晶化合物太陽(yáng)電池(CIGS,，CZTS，Sb2Se3,，CdTe等太陽(yáng)電池)的界面和缺陷鈍化提供了一條新途徑,。該工作發(fā)表在Research(2023,DOI: 10.34133/research.0084,IF=11.036)和Advanced Materials Interfaces (2022, 2202171, IF=6.389)，并入選Wiley-VCH數(shù)據(jù)庫(kù)“Hot Topic: Solar Cells”熱點(diǎn)主題研究論文,。
圖1電化學(xué)鈍化CIGS的示意圖
(2)碳納米管/硅太陽(yáng)電池同類器件最高轉(zhuǎn)化效率和器件新設(shè)計(jì)
碳納米管/硅(CNT/Si) 1D/3D結(jié)太陽(yáng)電池由于缺乏匹配的1D/3D界面鈍化技術(shù)導(dǎo)致器件效率不足18%,，距離產(chǎn)業(yè)化電池性能(效率>23%)相去甚遠(yuǎn)。該研究團(tuán)隊(duì)利用電化學(xué)鈍化技術(shù)對(duì)碳納米管/硅1D/3D界面進(jìn)行處理,，將電池效率提高到>23%,，突破了CNT/Si新型太陽(yáng)電池效率瓶頸。同時(shí),，完成了光伏領(lǐng)域最先進(jìn)的叉指背接觸(IBC)結(jié)構(gòu)新設(shè)計(jì),，提出CNT-IBC的新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。相關(guān)工作發(fā)表在SmallStructure (2023, 2200375, IF=11.343),、Carbon (2023, 202, 432, IF=11.307)等期刊上,，前期部分應(yīng)用成果獲河北省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（2022）。
圖2CNT-IBC太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)示意圖和照片
(3)解決黑硅鈍化難題，揭示深缺陷鈍化與逆俄歇效應(yīng)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)制
黑硅因其較高的光吸收特性是理想的光伏材料,，然而黑硅的納米結(jié)構(gòu)使其鈍化成為世界性難題,。該團(tuán)隊(duì)利用電化學(xué)鈍化的液相滲透能力有效鈍化了產(chǎn)業(yè)化黑硅納米陣列的深缺陷(少子壽命> 2 ms)，揭示了電化學(xué)鈍化與逆俄歇效應(yīng)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)制,，觀察到了峰值EQE=129%的逆俄歇反常光伏效應(yīng)，提供了一種成本低廉,、可規(guī)?；僮鞯暮诠桠g化路線，給出了光伏器件突破S-Q理論限制的新思路,。相關(guān)工作發(fā)表在Small (2022, 2205848,，IF=15.153)并入選Wiley-VCH數(shù)據(jù)庫(kù)“Hot Topic: Solar Cells”熱點(diǎn)主題研究論文。
圖3黑硅的電化學(xué)鈍化和逆俄歇效應(yīng)
(4)組件端電池片切口復(fù)合鈍化液修復(fù)技術(shù)
針對(duì)切割產(chǎn)生的缺陷復(fù)合導(dǎo)致高效電池效率損失這一當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)問(wèn)題,。該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了鈍化液修復(fù)技術(shù),，獲得了最高98%的性能修復(fù)率，并以河北大學(xué)牽頭編制了光伏行業(yè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（《晶體硅光伏電池切割分片效率損失測(cè)試方法》）,。在此基礎(chǔ)上,，成功開(kāi)發(fā)出鈍化筆、電化學(xué)鈍化設(shè)備,、高效電池增效切割等成套裝備技術(shù)及其工藝,，目前已申請(qǐng)專利12項(xiàng)（獲授權(quán)5項(xiàng)），形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),。這些工作為產(chǎn)業(yè)界高效光伏電池片切割損失的修復(fù)和疊瓦組件的發(fā)展提供了一個(gè)鈍化液修復(fù)的新思路,，具有重要的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用意義。部分工作發(fā)表在AdvancedEnergyand Sustainability Research (2022, 2200154),。
圖4團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的鈍化筆和電化學(xué)鈍化設(shè)備
以上工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金,、河北省自然科學(xué)杰出青年基金項(xiàng)目、河北省“三三三”人才工程項(xiàng)目,、生命科學(xué)與綠色發(fā)展學(xué)科群項(xiàng)目,，光學(xué)工程學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)的資助。先進(jìn)鈍化技術(shù)課題組(https://www.x-mol.com/groups/chen_jianhui),，團(tuán)隊(duì)成員：陳劍輝,、張旭寧、陳靜偉,、高青,、陳兵兵、楊德華,。
相關(guān)連接：
[1]https://doi.org/10.1002/smll.202205848
[2]https://doi.org/10.34133/research.0084
[3]https://doi.org/10.1002/admi.202202171
[4]https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.11.020
[5]https://doi.org/10.1002/sstr.202200375
[6]https://doi.org/10.1002/solr.202200743
[7]https://doi.org/10.1002/admi.202201221
[8]https://doi.org/10.1002/aesr.202200154
[9]光伏行業(yè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)http://www.chinapv.org.cn/standard_dynamics/1065.html
（物理學(xué)院,、科學(xué)技術(shù)處供稿）
熱點(diǎn)推薦
最新更新
