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我院中方导师李鑫&杨君友团队科研进展:钙钛矿/Cu(In,Ga)Se2叠层太阳能电池的研究​
来源: 时间:2023-12-27 11:04:02作者: 点击数:
  

12月23日,Materials Today Electronics在线刊发了我院中方导师、材料学院李鑫&杨君友团队的最新研究成果,论文题目为“Recent advances in perovskite/Cu(In,Ga)Se2 tandem solar cells”。华中科技大学为第一通讯单位,华中科技大学材料学院李鑫副教授,罗裕波教授,杨君友教授为论文通讯作者,其中李鑫副教授为我院2014级校友,合作者有来自新加坡南洋理工大学的申贵彬博士以及新加坡国立大学的Xin Ren Ng博士,本文第一作者为我院2022级在读研究生熊宇辰。

 

 

可再生能源为世界能源日益紧张的格局提供了自己的解决方案,太阳能光伏发电技术无疑又是其中的佼佼者。该技术自19世纪伊始,经过不断地迭代升级,太阳能电池效率屡创新高,单结电池的效率已经逐步向理论S-Q极限逼近。而叠层电池利用顶电池和底电池的分步光吸收,更为高效地利用光资源,可以达到突破单结理论极限的效率。钙钛矿电池作为第三代新型太阳能电池,有着成本低廉、轻量化、出色的光吸收性能和可基于溶液的制备流程等优势。另外,CIGS作为相对成熟的薄膜太阳能电池,以其优异的电荷载流子输运特性和稳定性在柔性光伏市场有着亮眼表现。钙钛矿/CIGS叠层电池旨在集成二者的优点,使其叠层器件具备独特的生产应用竞争力。

 

图1.刚性/柔性钙钛矿/CIGS叠层电池基于二端/四端构型的效率发展折线图

 

叠层电池可分为2-Terminal(二端)和4-Terminal(四端)构型。二端配置需要对顶电池和底电池同时进行电学匹配和光学匹配,否则器件的整体效率将受到具有较低光电流的子电池的限制。四端配置的两个子电池在电学上则是相对分隔的,可以实现更好的电压匹配和独立的电流控制,但同时也会导致规模化生产时制造成本增加。总之,两种构型各有优劣,而钙钛矿与CIGS进行叠层本身也面临着诸多技术层面的挑战。

说明: f2(1)

图2.2-T/4-T叠层电池构架、等效电路示意图

 

基于此,华科李鑫&杨君友团队对钙钛矿/CIGS 叠层太阳能电池的最新研究进展进行了全面的归纳,特别关注了器件结构的复杂设计和前沿的制备方法。重点阐述了界面工程、材料成分优化和加工参数的精确控制在提升器件光伏性能中的关键作用。通过优化堆叠架构和材料层间界面,该综述展示了在高效光伏转换和载流子传输方面取得的实质性改进,从而提高了性能和设备的长期稳定性。最后,对钙钛矿/CIGS 叠层太阳能电池的未来发展进行了展望,意在推动该技术的进一步发展和实际应用。

 

图3.综述优化工作分类示意图

 

李鑫&杨君友团队近年来主要从事半导体热电材料与器件、太阳能电池、电池热管理系统及相关材料以及半导体测试技术及装备的开发相关的研究工作。已在Joule、Advanced Energy Materials、Journal of the American Chemical Society、ACS Nano、Nano Energy、Acta Materialia等国际一流学术期刊上发表相关论文200余篇,获国家发明专利授权多项,合作申请日本专利3项。主持完成了二十多项国家和省部级科研课题的研究工作。本项目得到了国家重点研发计划(2020YFA0715000)、国家自然科学基金(62304082)、湖北省自然科学基金(2023AFB087)等基金的资助。

 

同时,李鑫&杨君友团队培养过多名中欧能源学院的学生,欢迎前往课题组交流学习以及合作!