新加坡国立大学研究人员发明了新的三结构串联太阳能电池,创下世界纪录效率

(SeaPRwire) –   新加坡, 2024年3月5日 ——新加坡国立大学(NUS)的科学家开发了一种新型三结构太阳能电池,它采用铅盐/硅结构,在1平方厘米的太阳能吸收面积上实现了27.1%的世界记录电功率转换效率,代表目前效率最高的三结构铅盐/硅太阳能电池。为实现这一成果,团队研发了一种采用氰酸盐的新型铅盐太阳能电池,它性能稳定,能效高。

太阳能电池可以通过多层结构组装成多结构太阳能电池,以提高效率。每一层采用不同光伏材料,吸收不同范围的太阳能。然而,当前多结构太阳能电池技术存在许多问题,如能量损失导致电压低下,设备在运行过程中不稳定。

为解决这些挑战,周毅助理教授领导的NUS科学家团队首次成功将氰酸盐整合入铅盐太阳能电池,开发出突破性的三结构铅盐/硅太阳能电池,超越其他类似多结构太阳能电池的性能。周毅助理教授是NUS总统青年教授,同时也是NUS级研究所SERIS的小组负责人。

“在铅盐基太阳能电池领域的15年研究进展中,这项工作首次提供实验证据证明可以将氰酸盐整合入铅盐结构中,提升其结构稳定性和提高功率转换效率。”周毅助理教授表示。

这项突破性发现的实验过程已于2024年3月4日在期刊上发表。

制造高效太阳能电池技术

铅盐结构成分间的相互作用决定其能量范围。调整成分比例或找到直接替代物可以帮助修改铅盐的能量范围。然而,以往研究尚未提出具有超宽能量范围和高效率的铅盐配方。

在这项新发表的工作中,NUS团队试验将氰酸盐作为卤化物溴的替代物引入铅盐结构。周毅团队研究员刘顺昌博士利用各种分析方法确认成功将氰酸盐整合入铅盐结构,并制成氰酸盐整合铅盐太阳能电池。

进一步分析新型铅盐的原子结构首次提供实验证据,表明引入氰酸盐有助于稳定其结构并形成关键相互作用,证明它可作为铅盐基太阳能电池中的卤化物替代物。

在性能评估中,NUS科学家发现采用氰酸盐的铅盐太阳能电池可以达到1.422伏的更高电压,相比常规铅盐电池的1.357伏,显著减少能量损失。

研究人员还在控制条件下连续300小时操作新设计的铅盐太阳能电池工作在最大功率,测试结束后电池仍保持稳定,容量超过96%。

鼓舞于氰酸盐整合铅盐太阳能电池出色的性能,NUS团队将研究成果推进到下一步,利用它组装三结构铅盐/硅太阳能电池。研究人员将铅盐电池和硅电池叠加形成双结构半电池,为氰酸盐整合铅盐电池提供理想基座。

组装后,研究人员证明尽管三结构铅盐/硅太阳能电池结构复杂,但它仍保持稳定,通过认证机构测试实现27.1%的世界记录电功率转换效率。

“这些突破性进展为缓解铅盐太阳能电池的能量损失提供重要见解,为铅盐基三结构太阳能技术的进一步发展奠定新基础。”周毅助理教授表示。

下一步计划

理论上三结构铅盐/硅太阳能电池的效率可超过50%,在需要限定安装空间的应用中具有巨大潜力。

未来,NUS团队将把这项技术扩大到更大模块,而不影响效率和稳定性。未来研究将重点关注铅盐结构的界面和组成,这是团队确定的关键领域,有利于进一步推进这项技术。

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来源:国立新加坡大学