我國在無機光伏材料薄膜化領域取得新進展:光電轉化效率達10.1%
9月16日消息,國無據媒體報道,機光南京郵電大學柔性電子全國重點實驗室黃維院士與辛顥教授團隊采用溶液法制備出大面積“銅鋅錫硫硒”(CZTSSe)光伏薄膜,伏材其光電轉換效率達到10.1%,料薄領域率達驗證了該類無機化合物在柔性光伏材料領域的膜化產業化前景。
據辛顥教授介紹,新進目前廣泛使用的展光第一代晶體硅光伏材料質地堅硬,而當前研究致力于發展柔軟、電轉輕薄甚至可穿戴的化效柔性光伏技術。雖然鈣鈦礦等新一代光伏材料易于成膜,國無但其穩定性仍存在不足。機光在這一背景下,伏材性能更穩定的料薄領域率達第二代光伏材料“銅銦鎵硒”(CIGS)重新引起關注。
辛顥指出,膜化“銅銦鎵硒”因成膜良率低且原材料銦、新進鎵價格高昂,其發展長期受限。2021年,該團隊嘗試以儲量大、成本低的鋅和錫替代銦和鎵,并采用溶液法替代傳統真空工藝,成功制備出0.1平方厘米的“銅鋅錫硫硒”薄膜,實現了13%的光電轉換效率。
然而,光伏組件需達到10平方厘米以上才具備實際應用價值,而面積擴大通常會導致效率顯著下降。團隊經過四年攻關,發現溶液成膜過程中表面過早形成致密結晶層,阻礙了硒元素向膜層內部的滲透,從而影響薄膜質量。
通過系統調整溶液“配方”,團隊成功提高了薄膜的孔隙率與結構疏松度,促進硒的充分擴散,顯著改善了薄膜的均勻性和表面平整度,最終制備出有效面積為10.48平方厘米的光伏組件。
經國際權威機構測試,該組件實現了10.1%的光電轉換效率,相關結果已被國際《太陽能電池效率表》(Solar Cell Efficiency Tables)收錄。
黃維院士表示,“銅鋅錫硫硒”技術路線具有原材料儲量豐富、環境友好、成本低廉等優勢。本項研究不僅證實溶液法制備無機柔性光伏材料在技術上的可行性,也展現出其推動產業應用的潛力。