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南开团队刊发高效“低铟无银”硅异质结太阳电池研究成果
来源: 南开大学新闻网发稿时间:2023-08-27 18:16

  低铟无银SHJ太阳电池的(a)结构示意图和(b)认证效率图

  南开新闻网讯 能源绿色转型是国家实现双碳目标的关键之一,太阳能光伏发电在能源绿色转型中占有非常重要的地位。晶硅太阳电池在光伏市场中占据了95%以上的份额,硅异质结(SHJ)太阳电池是进一步提高晶硅电池效率的有效技术之一。其实现大规模应用面临两种关键材料的挑战——铟、银。铟基材料ITO(氧化铟锡)用作SHJ太阳电池中的透明电极,由于铟资源的稀缺性,未来或将面临供不应求的短缺困境;银则以银浆的形式应用于电池的金属化,SHJ太阳电池中“低温银浆”的需求使得制备成本增加。因此,“减银降铟”无疑是推进SHJ太阳电池规模制造过程中需要解决的关键问题之一。

  近日,南开大学电子信息与光学工程学院张晓丹教授和赵颖教授课题组,与苏州迈为科技股份有限公司和澳大利亚金属化技术公司SunDrive共同合作,首次在室温下通过溅射技术制备了廉价且可量产的未掺杂氧化锡(SnOx)薄膜,并以此替代电池中的铟基透明电极。另外,SnOx薄膜具有良好的化学稳定性,通过将SnOx与IMO:H(氢化过渡金属掺杂氧化铟)进行1:1结构的叠加,改善了薄膜的电学性能和其与载流子传输层之间的接触电阻,从而提高了电池的性能。为减少SHJ太阳电池中另一种贵金属——“银”的耗量,在电池金属化环节采用了铜电镀工艺,通过提升电极高宽比提高电池转换效率,同时省去了昂贵的银浆成本。最终,以低铟透明电极结合电镀铜电极的形式,获得了25.94%的ISFH认证效率(电池总面积为274.4 cm2),是目前已发表的“低铟”SHJ太阳电池研究中的最高效率。

  相关成果发表在国际能源类顶级学术期刊Nature Energy,题为Silicon solar cell with undoped tin oxide transparent electrode。南开大学博士生邹巧娇为共同一作,张晓丹教授为共同通讯作者。

  这项工作证明了未掺杂SnOx透明电极材料结合铜电极作为铟基透明电极材料与银电极替代品的可行性,为解决银浆成本高和金属铟供应有限的问题提供了切实可行的解决方案。同时,为后续高效“无铟无银”SHJ太阳电池的开发提供了思路,助力SHJ太阳电池进一步“降本增效”,也为实现“双碳”目标提供了重要的科技支撑。(电光学院供稿)

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41560-023-01331-7

编辑:韦承金

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