瑞士团队开发新型工艺，双面太阳能电池效率破纪录

据业内信息，近日瑞士联邦材料科学与技术实验室(Empa)的一个团队现已开发出一种新的低温生产工艺使得双面太阳能电池效率破纪录，前照式的效率达到创纪录的19.8%，后照式的效率达到10.9%。

不仅如此，该技术团队还生产了第一个双面钙钛矿-CIGS串联太阳能电池，开启了未来更高能量产量的可能性，双面Cu(In,Ga)Se2的效率提升用于银辅助低温工艺的柔性和串联应用的薄膜太阳能电池。

基于铜铟镓二硒(CIGS)的双面薄膜太阳能电池可以从正面和背面收集太阳能，因此可能比传统太阳能电池产生更多的太阳能。然而，到目前为止，它们的制造只带来了适度的能量转换效率。

如果可以收集直射阳光及其反射(通过太阳能电池的背面)，这应该会增加电池产生的能量产量。例如，潜在的应用包括光伏建筑一体化(BIPV)、农业光伏——同时利用土地进行光伏发电和农业生产——以及在高海拔地面上垂直或高倾斜安装的太阳能模块。根据国际光伏技术路线图，到2030年，双面太阳能电池将占据整个光伏市场70%的市场份额。

虽然基于硅晶圆的双面太阳能电池已经上市，但薄膜太阳能电池却远远落后。这至少部分是由于双面CIGS薄膜太阳能电池的效率相当低，这是由一个关键的瓶颈问题引起的：对于任何能够在背面收集反射阳光的双面太阳能电池，光学透明电接触是先决条件。这是通过使用透明导电氧化物(TCO)替代传统(即单面)钼制太阳能电池中的不透明背接触来实现的。

有害的氧化物形成

高效CIGS太阳能电池一般采用550℃以上的高温沉积工艺生产。然而，在这些温度下，(CIGS层的)镓与透明导电氧化物后触点的氧之间会发生化学反应。由此产生的氧化镓界面层会阻挡阳光产生的电流，从而降低电池的能量转换效率。到目前为止，单个电池的最高值是正面为9.0%，背面为7.1%。“对于具有前后透明导电触点的太阳能电池来说，要获得良好的能量转换效率真的很困难，”领导Empa薄膜和光伏实验室的AyodhyaN.Tiwari说。

因此，Tiwari实验室RomainCarron小组的博士生Shih-ChiYang开发了一种新的低温沉积工艺，该工艺应该会产生更少的有害氧化镓——理想情况下根本不会产生。他们使用少量银来降低CIGS合金的熔点，并在仅350°C的沉积温度下获得具有良好电子特性的吸收层。当他们用高分辨率透射电子显微镜(TEM)分析多层结构时，在Tiwari的前博士后林子英(目前在台湾国立清华大学)的帮助下，该团队无法检测到任何氧化镓在所有的界面。

以超过33%的能源产出为目标

这也反映在能量转换效率的显着提高上：该电池的前照度和后照度分别为19.8%和10.9%，已通过德国弗莱堡弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(ISE)的独立认证——玻璃基板上的相同电池。

该团队还首次成功地在柔性聚合物基板上制造了双面CIGS太阳能电池，由于其重量轻且柔韧性好，扩大了潜在应用范围。

最后，研究人员结合了两种光伏技术——CIGS和钙钛矿太阳能电池——生产出双面串联电池。据悉，双面CIGS技术有可能产生超过33%的能量转换效率，为未来的薄膜太阳能电池开辟了更多机会。