“如果把單結鈣鈦礦太陽(yáng)電池比作單層蛋糕，疊層太陽(yáng)電池便是多層蛋糕。”王睿打比方說(shuō)，每一層半導體材料層都能“捕捉”特定波長(cháng)的太陽(yáng)光。因此它能吸收比“單層”電池更廣泛的太陽(yáng)光能量，更高效地將太陽(yáng)光轉化為電能，從而突破單結太陽(yáng)電池轉換效率天花板。
王睿團隊選擇將鈣鈦礦與銅銦鎵硒(CIGS)這兩種材料進(jìn)行疊層研究。
制備疊層太陽(yáng)電池，如同在微觀(guān)世界里做蛋糕，是個(gè)手藝活。這塊“蛋糕”不僅有15層之多，而且對每一層的厚度、均勻性都有嚴格要求。
2022年，王睿實(shí)驗室啟動(dòng)兩端柔性鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)電池研發(fā)工作。經(jīng)過(guò)一年多嘗試，銅銦鎵硒基底上的鈣鈦礦薄膜依然布滿(mǎn)孔洞，無(wú)法形成致密光吸收層。2023年底，團隊成員田柳文和王睿商量后決定，跳出之前一直使用同一種鈣鈦礦薄膜制備工藝的思維定式，在銅銦鎵硒基底上嘗試不同的鈣鈦礦薄膜制備工藝。
遭遇多次失敗后，他們終于在電鏡下首次發(fā)現，其中一個(gè)樣品具有均勻致密的鈣鈦礦表面形貌。此后，王睿團隊通過(guò)優(yōu)化鈣鈦礦層以及其他層的制備工藝，在兩端柔性鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)電池技術(shù)上實(shí)現了快速突破，光電轉換效率不斷攀升。
“這種柔性輕薄的疊層太陽(yáng)電池，厚度僅相當于一根頭發(fā)絲的直徑，其未來(lái)有望應用于建筑、汽車(chē)、飛行器、柔性可穿戴設備等多個(gè)領(lǐng)域。”王睿介紹。
