钙钛矿_晶硅叠层电池研究进展及挑战–20230522

钙钛矿/晶硅叠层电池研究进展及挑战 苏州大学能源学院杨新波教授 钙钛矿/晶硅叠层电池研究背景ÿ 叠层电池是利用钙钛矿和晶硅电池的O同带隙来实现ü太阳光谱的最大采集2钙钛矿作~顶层电池x有宽带隙，而晶硅作~ß层电池x有窄带隙2叠层电池可以分~四端叠层和两端叠层，w中两端叠层是当前研究的热点2钙钛矿和晶硅之间x有良好的能带匹配度，ý艺兼容性高，并且Þ用场景相似2例如，钙钛矿顶层电池的带隙~1.7eV，叠加晶硅ß层电池ÿ带隙~1.1eVĀ可以实现理论转化效率高达44%2o外，钙钛矿x有低r本的潜在优势，因o叠层电池，尤w是钙钛矿和晶硅的叠层电池x有巨大的潜力，将r~Q一代超高效叠层电池的首选技术2 在过去的八€中，钙钛矿晶硅叠层电池的实验室转换效率Ð13.7%提高到33.2%，取得了惊人的进展2然而，目前à种叠层电池Ï处于实验室阶段，大部分实验尺û仅~1 方厘米þ右，大面积叠层效率Ï需进一p提高2例如，牛津光伏报道了w标准尺û~243方厘米的叠层电池转换效率达到26.8%，PHJTÿ异质结顶层Ā技术相当2许 多ÿ内企业的实验室也在研究大面积叠层效率2然而，ITRPVÿÿ际光伏技术路线ĀĀü叠层电池的^场推广预测定于2026€，s认~à个预测可能过于乐观2需要更多的努力和研究来推动叠层电池技术的进一p发展和商业化Þ用2 钙钛矿-PERC叠层电池ÿ 澳大利Þ高校ÿANU1UNSWĀ早期在该领域研究较多， 小面积转化效率达到24.5%，较大面积转化效率达21.8%2优点是PERCß电池兼容高温钙钛矿ý艺，且PERC电池r本较低Ā但v备ý艺复杂，转化效率较低，ÿ开路电压Ā和ÿ短路电流Ā较低2 钙钛矿-Topcon叠层电池ÿ 虽然理论效率O比异质结叠层电池低，但目前研究较少，w中晶科和澳大利Þÿ立大学合作，在面的Topconß电池P叠层，之前报道效率达到26.7%Ā宁波材料所在ß电池P采用优化的黑硅结构，在和的提高P取得很大进展，目前效率已经达到30.1%2优点同样是兼容高温钙钛矿ý艺以及低r本，但结构P需要优化，目前效率较低2钙钛矿-HJT叠层电池ÿ 目前研究最多，要有O个技术路线，w中沙特阿卜杜拉ÿ王科技大学ÿKAUSTĀP多伦多大学合作开发的基于小绒面的v备ý艺效率最高，达到33.2%，并且可以兼容溶液法，ý艺简单2综合来看，钙钛矿-HJT叠层电池效率最高，结构匹配度好，ý艺最简单，是最佳ß电池结构2 钙钛矿-HJT叠层电池效率和量产vþ因素分析ÿ ß电池ÿHJT量产已经r熟，降本增效O断加速，尤w是HJT3.0ß面微晶结构折射率和效率表现优异，非常适合作 ~ß电池Ā但异质结参杂硅薄膜的缺陷使得w有待提高2 目前有实验室通过在背面加一层氧化硅减à膜以提高ß电池在近红外波段的响Þ，进而提高整体电池的短路电流密度，à也是后续ß电池增效的要方向2 中间复合层ÿ中间复合层连接了钙钛矿顶电池和晶硅ß电池，ü叠层电池至关重要2目前à方面有两条技术路线，Þ用较多的是ITO复合层，但存在侧向漏电率高，影响产品良率的问题2另一种技术路线是基于PECVD的重掺硅薄膜隧穿结，wPITO相比侧向导电率低，适合大面积叠 层，但r本相ü更高2 空穴传输层ÿ目前采用有机自组装材料，浸润性差1大面积v备重复性差1稳定性差Ā 电子传输窗口层ÿ目前是顶电池损失的最要来源，要由于目前使用的C60/SnO2/TCO，w中C60P钙钛矿能ÿ匹配差，寄生吸收大，稳定性差，r本高2由于àß缺陷目前无法Þ用于量产，只适合实验室v备2 叠层电池效率和量产设备及ý艺分析ÿ ß电池ÿHJT是晶硅ß电池的最优选择，PECVD和PVD会 是非常重要的量产设备Ā 载流子传输层和中间复合层ÿ无机材料尤w是无机金属氧化物是最佳选择，会用到PECVD，PVD，ALDĀ 钙钛矿ß电池ÿ目前ý艺有狭缝涂_ÿ流ý艺Ā，LPCVD+涂_，刀片涂_，蒸发设备+涂_，àß都可能是日后大面积使用的ý艺，目前ß没有标准的设备，未来 ^场前景广阔Ā 金属化ÿ低温银浆丝网印w，激光转印2