團(tuán)隊為新興太陽能電池材料帶來新的效率突破

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

郝博士和她的團(tuán)隊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)尺寸的西洋鏡太陽能電池的效率障礙，無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，是郝博士兩年內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)的第四個連續(xù)效率記錄。

郝博士說，雖然能源效率還沒有達(dá)到可以用于工業(yè)的水平，但結(jié)果對于采購豐富且價格低廉的材料來說是有希望的。

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

“我稱之為綠色材料，因為除了豐富之外，它們也是無毒的。”

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能電池生產(chǎn)。

“銦的價格已經(jīng)很高，預(yù)計會繼續(xù)上漲，因為平板顯示器的市場正在增長，”郝博士說。

輸入CZTS。通過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)會用于帶硅的串聯(lián)電池，因為當(dāng)與其他元素合金化時，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30%，”郝博士說。

使用硫化物鋅黃錫礦的另一個優(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(如汽車或無人駕駛飛行器(UAV))上的潛在用途。”

因此，CZTS價格便宜，來源豐富，靈活，無毒，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。但她并不幻想它會在一夜之間發(fā)生。

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

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

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