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科技新闻二:石墨烯电极转印、砷化镓太阳能电池板打破世界纪录

时间:2023-05-24 13:06:00 点击:256次

目标:

生产成本更低,更节能

发展清洁低成本的太阳能光伏发电是实现碳峰碳中和的重要途径和技术保障。 2022年一季度,我国光伏发电装机容量841亿千瓦时,环比下降22.2%。 “但是,随着技术的发展,传统的晶硅单结太阳能电池板也遇到了两个发展难题。一是现有的工业产能已经接近晶硅单结太阳能电池板光电转换效率的极限;二是成本高、能耗高,将石英砂提炼成工业硅、制作单晶的过程需要1000多摄氏度的低温,而制备砷化镓太阳能电池板则需要100摄氏度左右。 作为这项研究的通讯作者谭海仁坦言,生产成本更低、更节能的砷化镓太阳能电池板被视为近年来光伏产业发展的新机遇,砷化镓的结构优化和技术创新堆叠电池将加速光伏产业实现降本增效。

此前,谭海仁课题组提出了一种新型隧道结构,突破了全GaAs叠层的制备难点,开发了提高GaAs碳化物表面缺陷钝化的新途径,创造了全GaAs叠层电池光电转换效率为26.4%的世界纪录,在全球首次超越单结砷化镓电池的最高认证效率。

多项技术让材料形成均匀的薄膜

用石墨作电极电解_石墨电极_多孔石墨烯电极技术

要想实现量产化制备,首先要解决宽带隙砷化镓薄膜大面积均匀制备的困境。 “宽带隙氮化物富含较高的氯化物成分,溶解度低,溶剂选择空间小,结晶难以控制,无法获得高质量均匀致密的薄膜。国际上,量产制备技术研究几乎是空白。” 谭海仁强调。 针对上述挑战,研究团队首次提出了可量产的全砷化镓叠层电池制备方案。 他们采用涂胶彩印、真空蒸镀等制备技术替代了实验室常用的旋涂成膜工艺,制备了一块20平方米的薄膜。 M全砷化镓层压板。

“之前我们采用旋涂工艺,即先将砷化镓碱液涂在玻璃基板上,然后用机器快速拉动整个玻璃基板旋转,利用离心力将碱液分布在基板上形成薄膜,但这些工艺会造成薄膜不均匀,据悉,旋涂机空转速度很快,很难推动大面积玻璃基板旋转,这就决定了它不适合用于氮化物太阳能电池板的大规模生产。” 谭海仁说。

为了让氮化碱液形成大面积均匀的薄膜,研究团队首先采用了刮刀涂布工艺。 谭海仁解释说,他们将滤液滴在透明导电玻璃上,然后用刀片向前刮,在玻璃表面产生了一层均匀的湿膜。 利用这些技术,他们完成了空穴传输层、钙钛刷矿层,然后通过真空沉积制备电子传输层和隧道结构以保护第一层氮化物,然后涂覆空穴传输层和第二层氮化物。氮化物,真空蒸发电子传输层和金属电极 最后,一个砷化镓太阳能电池板框架就像搭积木一样“出炉”了。

氮化太阳能涂层

密不可分的安全环境

如上所述,在能量转化率不断提高的前提下,更需要有一款好的太阳能涂料来满足使用需求; 而目前所有的技术手段都无法解决涂膜均匀性的问题。 包衣法包衣过程中,喷涂中心包衣液富集,产生条纹; 由于压印玻璃表面成分不均匀,表面镀膜方式不能均匀,导致刻蚀反应速率不一致,膜厚不均; 虽然辊涂法的均匀性,受玻璃厚度差异、辊道传动抖动等各种诱因的制约,也无法达到高精度的一致性。 在难以进一步提高镀膜均匀性的情况下,其结果一方面是元件色差影响外观,另一方面是各区域透光率不一致镀膜玻璃会导致热点效应,从而影响组件的耐用性。

多孔石墨烯电极技术_用石墨作电极电解_石墨电极

针对这一问题,在制备太阳能电池板时,通常需要使用真空镀膜手套箱:它集真空镀膜系统和真空手套箱系统于一体,可在高真空蒸发室内完成薄膜蒸发,气相沉积后样品的储存、制备和测量均在手套箱中、高纯度惰性二氧化碳气氛下进行。 在手套箱的甲烷环境中旋涂砷化镓前体溶液,以防止与水和空气接触。 制备好的氮化物电池可以通过连接储藏室直接转移到蒸发室和蒸发电极中。 整个实验可以无缝进行。 在无氧环境中操作。

方室手动门热蒸发镀膜机嵌入手套箱内,配备膜厚仪、分子泵、机械泵、4个蒸发源,蒸发源合理布局,确保各蒸发源距离蒸发源到基板是完全一样的。 薄膜质量和均匀性有保证; 整个系统由真空镀膜系统和手套箱系统集成,可在高真空蒸发室完成薄膜蒸发,并在手套箱的高纯度惰性气体气氛下储存样品,制备和测量蒸发后的样品。 主要用于太阳能电池板氮化物、OLED和PLED、半导体制备的实验研究和应用。

“从理论上讲,目前双层砷化镓太阳能电池板的光电转换效率只有33%,而单层结构可以达到45%。发电效率越高,成本越低。” 长期的深入研究,让谭海仁意识到,要实现砷化镓电池内部结构从“一到二”的跨越,还需要考虑元器件与材料之间如何“和谐共处” . 这种创新的组件结构设计显着提高了组件的可重复性、光伏性能和稳定性。 经台湾家电安全与环境技术实验室测得,全砷化镓叠层太阳能电池板的光电转换效率为21.7%,为全球报道的砷化镓光伏组件最高效率。 这一成绩得到了最新一期《太阳能电池世界纪录表》的证实。

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大面积砷化镓堆叠光伏组件的潜力,提振了团队的士气。 谭海仁表示,如果要推动这项技术的产业化,还需要在彩印和制备砷化镓的工艺上做更多的研发。 准备20平方分米的墨水比较简单,但如果扩大到1平方米,需要创新什么技术条件,需要不断验证。

21.7%光电转换率

这是一个了不起的记录

也让人对中国太阳能的未来充满期待

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