團(tuán)隊(duì)為新興太陽(yáng)能電池材料帶來(lái)新的效率突破

新南威爾士大學(xué)太陽(yáng)能研究員和科學(xué)家研究員肖曉昊博士及其團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為未來(lái)的太陽(yáng)能電池材料 - 硫化物黃鋅礦獲得了兩項(xiàng)能效世界紀(jì)錄。

郝博士和她的團(tuán)隊(duì)不僅打破了硫化物黃鐵礦的10%效率障礙，而且打破了標(biāo)準(zhǔn)尺寸的西洋鏡太陽(yáng)能電池的效率障礙，無(wú)論是純硫化物材料還是摻入不太理想的硒。

該結(jié)果發(fā)表在今天的自然能源論文中，是郝博士?jī)赡陜?nèi)領(lǐng)導(dǎo)的第四個(gè)連續(xù)效率記錄。

郝博士說(shuō)，雖然能源效率還沒(méi)有達(dá)到可以用于工業(yè)的水平，但結(jié)果對(duì)于采購(gòu)豐富且價(jià)格低廉的材料來(lái)說(shuō)是有希望的。

“硫化物黃銅礦是一種由銅，鋅，錫和硫組成的化合物 - 地殼中有四種廉價(jià)而豐富的元素，”她說(shuō)。

“我稱之為綠色材料，因?yàn)槌素S富之外，它們也是無(wú)毒的。”

硫化物鋅黃錫礦(Cu 2 ZnSnS 4，也稱為CZTS)是源自光伏(PV)材料CIGS(銅銦鎵(二)硒化物)的薄膜半導(dǎo)體材料，其是商業(yè)化的高效薄膜PV技術(shù)。具有能夠應(yīng)用于柔性表面的附加優(yōu)點(diǎn)。

然而，CIGS的缺點(diǎn)是銦相對(duì)稀少并且在平板顯示器(例如電視屏幕，筆記本屏幕和觸摸屏)中使用的需求很高，這意味著它很昂貴。太陽(yáng)能電池面臨的挑戰(zhàn)之一是依賴稀有和有毒材料用于薄膜太陽(yáng)能電池生產(chǎn)。

“銦的價(jià)格已經(jīng)很高，預(yù)計(jì)會(huì)繼續(xù)上漲，因?yàn)槠桨屣@示器的市場(chǎng)正在增長(zhǎng)，”郝博士說(shuō)。

輸入CZTS。通過(guò)用豐富的鋅和錫代替銦和鎵，您就擁有了一種符合低成本，靈活，無(wú)毒和豐富標(biāo)準(zhǔn)的化合物。

“除此之外，作為獨(dú)立的薄膜PV，CZTS相關(guān)材料有機(jī)會(huì)用于帶硅的串聯(lián)電池，因?yàn)楫?dāng)與其他元素合金化時(shí)，其帶隙可以在很寬的范圍內(nèi)輕松調(diào)節(jié)，使其成為可能。這與串聯(lián)堆疊的上部電池的高帶隙要求非常匹配，“郝博士解釋道。

“這種發(fā)展的關(guān)鍵先決條件是我們需要將CZTS的效率提高到20%以上才能讓我們看到總能效超過(guò)30%，”郝博士說(shuō)。

使用硫化物鋅黃錫礦的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是CIGS的制造工藝很容易適應(yīng)生產(chǎn)CZTS。增加薄膜可以應(yīng)用于柔性表面的事實(shí)使其成為一種有吸引力的替代方案。

“柔性光伏電池重量輕，擴(kuò)展了其在建筑一體化和其他不平坦表面(如汽車或無(wú)人駕駛飛行器(UAV))上的潛在用途。”

因此，CZTS價(jià)格便宜，來(lái)源豐富，靈活，無(wú)毒，易于集成到現(xiàn)有的制造工藝中。缺少的是商業(yè)上使用的材料所需的能效水平。

鑒于過(guò)去幾年效率的提高 - 從7.6%降至11% - 郝博士認(rèn)為，她和她的團(tuán)隊(duì)正在走上實(shí)現(xiàn)15%或20%效率水平的正確軌道。但她并不幻想它會(huì)在一夜之間發(fā)生。

“對(duì)于每次效率變化，我們都需要采用分步技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，”郝博士說(shuō)。

“有了CZTS，還有很多我們都不知道的東西。揭開(kāi)這些未知數(shù)是最激動(dòng)人心的冒險(xiǎn)。”

她對(duì)最近未發(fā)表的研究結(jié)果感到非常興奮，這可能會(huì)帶來(lái)重大變化。為確保進(jìn)一步發(fā)展這些新發(fā)現(xiàn)，她將在年底申請(qǐng)為新項(xiàng)目提供資金。