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ZSW加速钙钛矿串联太阳能电池发展

2022/5/12 7:05:49      材料来源:化合物半导体

两家新的高性能涂层工厂现已投入运营,以推动开发工作走向市场成熟

巴登-符腾堡州太阳能和氢研究中心(ZSW)现在的目标是加快串联钙钛矿太阳能技术的产业化进程。为此,其研究人员已将两个新的高性能涂层设备投入使用。
 
这些系统生产由钙钛矿太阳能电池组成的串联太阳能电池,该太阳能电池可以与其他类型的太阳能电池结合使用。各个薄膜在超洁净条件下沉积。太阳能行业的公司可以利用这些能力来优化他们在串联太阳能电池领域的发展。
 
在研究和制造进步的推动下,太阳能组件的性能正在不断提高。然而,进一步提高单个太阳能电池的效率正逐渐成为一个具有挑战性的、昂贵的提议。更重要的是,目前主导市场的硅电池的效率正逐渐接近27%左右的实际极限。
 
串联太阳能电池提供了摆脱这种困境的方法。“它们由不同的太阳能电池叠加而成,”ZSW光伏材料研究部门的新负责人Jan-Philipp Becker说,“这些电池层叠在一起,比单个太阳能电池更好地利用了太阳光谱的范围。”
 
顶部太阳能电池将太阳光谱中的可见光转化为电能;底部太阳能电池则将近红外光谱中的光转化为电能。这种组合是串联太阳能电池具有更高潜在效率的原因,预计未来几年将远超30%的大关。目前有好几种串联电池的版本。
 
高效、轻便、灵活
 
串联太阳能电池的一种特别有趣的版本是使用钙钛矿层作为吸光材料。对于第二个吸收层,ZSW研究人员选择使用由 CIGS、硅或另一种具有修正光谱灵敏度范围的钙钛矿制成的电池。不同电池类型的组合——即钙钛矿和CIGS、钙钛矿和硅、或钙钛矿和钙钛矿——作为显著提高效率的手段,具有很大的前景。
 
将钙钛矿与钙钛矿配对或将钙钛矿与 CIGS 配对的串联太阳能电池不仅具有高效率的优势。作为一种薄膜技术,它们还可以沉积在塑料或钢膜上,制成轻巧、灵活的模块,非常适合安装在果园上空、车顶以及集成到建筑外墙或屋顶上。

建立和运行研究工厂
 
ZSW现在有两个工厂启动并运行,以推动这一发展走向市场成熟。一个制造钙钛矿薄膜太阳能电池,另一个制造CIGS薄膜太阳能电池。带有硅半导体的串联太阳能电池可以在从外部合作伙伴采购的各种硅电池上生产。
 
“研究所现在具备开发串联太阳能电池的良好条件,特别是在超洁净实验室条件下真空制造太阳能电池的工艺技术方面。我们希望利用这些资产来探索技术的物理边界,”Becker说。一套广泛的材料分析工具有助于实现这一目标。内部的 Solab 测试实验室和现场测试设施能够严格分析和评估制造的太阳能电池和模块的长期稳定性。新工厂将为太阳能行业开发创新工艺,从而能够向市场推出更高效、更经济的太阳能模块。
 
ZSW借鉴了30多年的CIGS技术经验。该研究所的专家开发、优化和提升了用于大规模生产的薄膜光伏系统。他们已经取得了非常好的效率值,现在他们希望在串联太阳能电池方面继续取得这一成就。
 
围绕一个中央机器排列,钙钛矿簇的四个涂层室可以生产各种具有溅射透明层和蒸发金属或有机层的太阳能电池。真空室提供了真空镀膜钙钛矿的优化方法。该系统将能够创建非常均匀且高度可重复的多成分钙钛矿层。即使在这个早期阶段,ZSW 已经在使用气相沉积有机电子导体层优化电池结构方面取得了长足的进步。
 
作为CAPITANO和CIGS-Cluster项目的一部分,德国联邦经济事务和气候行动部 (BMWK) 资助了这两个工厂。
 
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