美國托萊多大學(xué)的一個(gè)研究小組設計了一種四端(4T)疊層太陽(yáng)能電池，其頂部器件依賴(lài)于禁帶寬度可調的鈣鈦礦吸收層，底部電池使用商業(yè)化的窄帶隙碲化鎘(CdTe)吸收層技術(shù)。
科學(xué)家們表示：“人們已經(jīng)在鈣鈦礦-硅、鈣鈦礦-CIGS和鈣鈦礦-鈣鈦礦疊層電池方面做了大量工作，而對鈣鈦礦-碲化鎘疊層太陽(yáng)能電池的探索相對較少。由于CdTe底部電池帶隙更寬，CdTe疊層電池的效率潛力可能低于CIGS疊層電池。但是，CdTe太陽(yáng)能電池可以成功地實(shí)現更廣泛的商業(yè)化，因而引起了人們研究其薄膜疊層應用的興趣。”
研究人員表示，太陽(yáng)能電池的一個(gè)關(guān)鍵元件是用于禁帶寬度可調的頂部鈣鈦礦電池的透明背面觸點(diǎn)(TBC)技術(shù)。為了制作這些觸點(diǎn)，他們使用銦鋅氧化物(IZO)代替了廣為接受的銦錫氧化物(ITO)。
他們采用射頻(RF)磁控濺射技術(shù)制備IZO薄膜，這是一種在真空環(huán)境中以RF交替電流電勢的方法。
研究人員還解釋說(shuō)，他們所做的工作旨在確定理想的IZO厚度，這對提高頂部半透明鈣鈦礦電池的性能和透光率起著(zhù)至關(guān)重要的作用。這樣可以增加鈣鈦礦帶隙而允許更多的長(cháng)波長(cháng)光子透射并進(jìn)入底部CdSeTe電池，并反過(guò)來(lái)補償4T疊層配置中的典型光學(xué)損耗因子。
頂部電池由玻璃和銦錫氧化物(ITO)制成的基板、由氧化亞鎳(NiOx)制成的空穴傳輸層(HTL)、甲基取代咔唑(Me-4PACz)膦酸層、鈣鈦礦吸收層、依賴(lài)于巴克明斯特富勒烯(C60)的電子傳輸層(ETL)、錫氧化物(SnOx)緩沖層和IZO背面觸點(diǎn)構成。
底部電池設計包括由玻璃和ITO制成的基板、由氧化錫(SnO2)制成的ETL、碲化鎘(CdTe)吸收層、碲化硒鎘(CdSeTe)層、硫氰酸亞銅(CuSCN)HTL和金觸點(diǎn)。
同時(shí)，頂部和底部電池都覆蓋防反射涂層。
在將頂部電池的吸收層調諧至1.76eV的能量帶隙時(shí)，疊層電池實(shí)現最佳配置，此時(shí)其總功率轉換效率達到了25.1%。
研究發(fā)現，頂部電池的效率高達17.93%、開(kāi)路電壓為1.315伏、短路電流密度為17.11毫安/平方厘米且填充因子為79.7%。底部電池的效率為7.13%，開(kāi)路電壓為0.842伏、短路電流密度為11.15毫安/平方厘米且填充因子為76.0%。
研究人員表示：“這一結果證明，4T鈣鈦礦-CdSeTe疊層配置可以用來(lái)提高商業(yè)化CdSeTe薄膜太陽(yáng)能電池的效率。”他們還透露，目前他們正在勾勒將該裝置的效率提高到30%的路線(xiàn)圖。“我們的分析表明，未來(lái)隨著(zhù)兩種太陽(yáng)能電池技術(shù)的進(jìn)步，開(kāi)發(fā)高效4T鈣鈦礦–CdSeTe疊層太陽(yáng)能電池是可行的。”
