?從電池到模塊而不損失效率：這是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的主要挑戰(zhàn)之一。卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）的研究人員目前已成功生產(chǎn)出具有最小程度損失的鈣鈦礦型太陽(yáng)能組件。為此，他們將基于激光的串聯(lián)互連與太陽(yáng)能電池所有層的真空處理結(jié)合起來。他們?cè)?平方厘米的面積上實(shí)現(xiàn)了18%的效率，這是真空處理鈣鈦礦太陽(yáng)能組件的世界紀(jì)錄。



在光電技術(shù)中，鈣鈦礦型半導(dǎo)體由于其低成本、易制備以及在效率方面的巨大潛力而被認(rèn)為是特別有前途的材料。鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池在過去十年中以獨(dú)特的方式發(fā)展。實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的樣品已經(jīng)達(dá)到25%以上的效率水平。效率是被照射的光能有多少轉(zhuǎn)化為電能的指標(biāo)。現(xiàn)在的任務(wù)是采取下一步行動(dòng)，將鈣鈦礦光電材料從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到工業(yè)領(lǐng)域。



KIT光技術(shù)研究所（LTI）真空沉積鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池開發(fā)負(fù)責(zé)人Tobias Abzieher博士說：“一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是將在幾平方毫米面積上達(dá)到的效率水平轉(zhuǎn)移到幾百平方厘米的典型太陽(yáng)能組件表面。”。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是一種薄膜太陽(yáng)能電池，通過所謂的單片串聯(lián)互連組裝成大面積的太陽(yáng)能組件。為此，在每個(gè)單獨(dú)層的沉積期間，結(jié)構(gòu)線被引入太陽(yáng)能電池中，所述結(jié)構(gòu)線將所產(chǎn)生的太陽(yáng)能電池條串聯(lián)地互連。



太陽(yáng)能電池層的真空氣相沉積



由于規(guī)模擴(kuò)大，鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池組件迄今為止已遭受重大的效率損失。一方面，沉積單個(gè)太陽(yáng)能電池層的難度隨著其表面積的增加而增加；另一方面，串聯(lián)互連在有源太陽(yáng)能電池條之間產(chǎn)生所謂的死區(qū)。這些區(qū)域?qū)τ谝院蟮陌l(fā)電是無用的，但是對(duì)于串聯(lián)互聯(lián)是必不可少的。KIT團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)成功地將這兩種損耗機(jī)制的影響降至最低，方法是在真空中對(duì)太陽(yáng)能組件的所有層采用氣相沉積工藝。“在生產(chǎn)高效太陽(yáng)能組件方面，真空沉積的主要優(yōu)點(diǎn)是工藝的可控性好，工藝參數(shù)數(shù)量有限，尤其是沉積機(jī)理獨(dú)立于待涂層表面的事實(shí)。”Abzieher解釋道。



研究人員將這一創(chuàng)新工藝與高精度結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，并通過激光刻線（單片串聯(lián)互連）實(shí)現(xiàn)串聯(lián)互連。這是首次在幾乎沒有損失的情況下生產(chǎn)出大面積鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池組件，這是該技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)轉(zhuǎn)移的重要一步。



由于真空處理和激光燒蝕的結(jié)合，LTI研究人員在50平方厘米以上的組件面積上達(dá)到了16.6%的效率水平，在4平方厘米的組件面積上甚至達(dá)到了18%——這是真空處理鈣鈦礦太陽(yáng)能組件的世界紀(jì)錄。科學(xué)家們?cè)诮衲甑牟牧涎芯繉W(xué)會(huì)（MRS）春季會(huì)議上公布了他們的研究結(jié)果，盡管組件面積增加了500多倍，但我們觀察到幾乎沒有效率損失。設(shè)計(jì)高精度激光互連的LTI公司的David Ritzer解釋道，通過他們的方法，KIT團(tuán)隊(duì)成功地將鈣鈦礦型太陽(yáng)能組件的結(jié)垢損失降低到了業(yè)界已經(jīng)建立的光伏技術(shù)（如碲化鎘（CdTe）或銅銦鎵二硒化物（CIGS））的水平。



目標(biāo)：較大表面的效率水平超過20%



研究人員未來的活動(dòng)將集中在優(yōu)化實(shí)際的太陽(yáng)能電池層堆棧以及進(jìn)一步減少死區(qū)的大小。如果我們能夠充分利用這項(xiàng)技術(shù)的潛力，那么在更大的表面上生產(chǎn)效率水平顯著超過20%的鈣鈦礦型太陽(yáng)能組件是近期可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

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