mile米乐m6(中国)官方网站v 开发有前景的光吸收层作为串联太阳能电池的顶部电池

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）零排放国际协同研究中心石冢正吾首席研究员不含稀有金属铟CIS 类型我们开发了一种提高薄膜太阳能电池光电转换效率的技术。

我们可以期待比目前流行的太阳能电池更高的性能串联太阳能电池用于短波长光吸收，满足“廉价”、“高性能”和“高可靠性（稳定性）”的所有要素顶部电池8818_8885宽限制带宽此次生产的光吸收层具有优异的稳定性，未来有望应用于廉价、高性能、高柔性的串联太阳能电池。

该技术的详细信息将于 2024 年 11 月 13 日（美国东部标准时间）公布。ACS 应用材料与界面

我们的目标是减少二氧化碳排放，以实现碳中和社会，因此人们对可再生能源的普及的期望越来越高。人们对太阳能发电特别感兴趣，并且最近已经提出了不同于传统晶体硅太阳能电池的各种太阳能电池。其中，叠层太阳能电池有望比传统太阳能电池具有更高的光电转换效率，但迄今为止，III-V族化合物被使用，并且仅限于特殊用途，例如空间用途。因此，为了将串联太阳能电池供消费者使用，面临的挑战是开发具有可广泛使用的价格和性能的材料和设备。

世界各地正在对材料和器件进行研究和开发，以实现廉价、高性能的串联太阳能电池。最近钙钛矿型化合物研发活跃。另一方面，CIS类化合物也很有前景，作为能够利用薄膜特性制造轻量且柔性的太阳能电池的材料，长期以来一直受到人们的关注。具有相对较窄的禁带宽度（约11 eV）的CIS太阳能电池已经商业化。然而，可用作顶部电池且禁带宽度为约16eV以上（专门针对短波长的光吸收）的CIS型太阳能电池难以获得高光电转换效率，因此需要开发技术来实现这一点。

AIST正在研究和开发宽带隙CIS型太阳能电池，包括能够实现廉价且高性能串联太阳能电池以及用于水分解的高性能氢气产生的顶级电池光电阴极瞄准应用。它是一种 CIS 型材料，禁带宽度为 17 eV铜镓硒₂薄膜并一直致力于设备高性能技术的开发（2014 年 1 月 20 日 AIST 新闻稿、2022 年 8 月 2 日 AIST 新闻稿）。迄今为止，不含稀有金属铟（In）的宽带隙CuGaSe₂提高薄膜太阳能电池的性能一直是一项艰巨的挑战。其标准条件(空气质量 15，光强度1000 W·m^-2，25℃）条件下光电转换效率超过10%的报道仅有少数，没有效率超过12%的案例。

CuGaSe，太阳能电池的光吸收层₂在薄膜中添加铝 (Al)背面场效应来实现性能提升其结果是，作为不含铟的宽带隙CIS型薄膜太阳能电池，我们首次实现了超过12%的光电转换效率。

这项研究和开发得到了独立行政机构日本学术振兴会科学研究补助金 (23K04899) 的支持，并部分受到新能源和产业技术开发组织的委托，这是一个清洁能源/二氧化碳领域创新技术的国际合作研究和开发项目₂有助于大幅减排的创新组件开发/基于 CIS 的串联太阳能电池元件技术的国际联合研发”（2021-2024 年）。

CIS型化合物（CuGaSe₂) 无铟 CuGaSe₂我们开发了一种技术来提高薄膜太阳能电池的性能。尽管添加铝有望扩大禁带宽度，但制造高性能太阳能电池一直很困难，因为它增加了晶体缺陷的数量，从而降低了性能。这次，CuGaSe₂在光吸收层的成膜过程中，以梯度添加铝，使得含量从光吸收层的表面到背面增加。进一步碱金属化合物还具有抑制缺陷形成的效果。通过将这些方法融入到成膜工艺中，宽带隙 CuGaSe₂我们已经提高了薄膜太阳能电池的性能。此外，众所周知，CIS太阳能电池具有出色的稳定性，我们这次制造的太阳能电池即使在未密封几个月后也没有表现出性能下降，证实了它们保持了CIS太阳能电池的优异特性。

采用新开发的技术，通过添加铝、CuGaSe₂将光吸收层背面的导带下端推高，在能带内形成倾斜结构。此外，通过添加碱金属化合物，我们获得了抑制作为添加铝的副作用而形成的晶体缺陷的效果。如图1所示，制备的光吸收层（CuGaSe₂:Al) 背面的铝含量很高，因此我们可以预期背面电场的形成如图所示。这促进了光吸收产生的电子的运动，并且更容易将它们带出到外部电路，成功地提高了太阳能电池的性能。

CuGaSe，一种具有宽禁带的 CIS 型化合物₂铜镓硒₂单独使用或添加银(Ag)或碱金属等都提高了性能，最终报道光电转换效率超过10%。如上所述，提高不含铟的CIS太阳能电池的性能一直是一个特别困难的挑战，但我们现在发现添加铝这种廉价材料可以提高性能，并且我们首次实现了超过12%的转换效率（表1）。这是无铟 CIS 薄膜太阳能电池的最高效率。

这项研究的结果不仅可以应用于太阳能电池，还可以应用于各种能量转换装置，例如作为光阴极用于水分解氢生产的光电化学电池。

通过进一步改进这次开发的技术，我们的目标是实现更高效的太阳能电池。具体来说，我们将致力于进一步减少宽带隙CIS薄膜太阳能电池的缺陷并开发新的电子传输层。我们还计划进行串联太阳能电池应用的具体设计和原型，例如用透明电极层替代传统的金属电极层作为背面电极层。

未来，我们的目标是实现由CIS型和钙钛矿型等各种材料组合而成的廉价、高性能且具有优异的长期可靠性的柔性串联太阳能电池。

已出版的杂志：ACS 应用材料与界面
论文标题：通过铝诱导背表面场效应提高无铟宽带隙黄铜矿太阳能电池的光伏效率
作者：Shogo Ishizuka、Jiro Nishinaga、Yukiko Kamikawa、Takeshi Nishida 和 Paul J Fons
DOI：https://doiorg/101021/acsami4c12891

CIS 类型

黄铜矿（黄铜矿：CuFeS）由铜 (Cu)、铁 (Fe) 和硫 (S) 组成₂)型晶体结构，CuInSe₂，也称为CIS类型。各种元素的混合物 (Ag,Cu)(In,Ga)(S,Se)₂是一组可以通过控制元素的组合及其成分比例来控制禁带宽度等物理性质的化合物材料。[返回来源]

串联太阳能电池

一种太阳能电池，结合多个太阳能电池以共享吸收光的波长，实现比传统单结太阳能电池更高的效率。还有具有两个、三个或更多结的多结太阳能电池。[返回参考源]

顶部单元格

在串联和多结太阳能电池中，吸收短波长光的电池称为顶部电池，由于其结构，当光进入时它被放置在顶部。吸收长波长光（红光）的组成细胞位于底部，称为底部细胞。[返回来源]

宽禁带宽

禁带是能量空间中电子不能存在的区域，禁带宽度是指该区域的宽度。也称能带隙，是指电子占据的最高能带顶部（价带）与最低空能带底部（导带）之间的区域。这里，术语“宽”带隙用于指约16eV或更大的带隙，其适合串联太阳能电池中的顶部电池应用。[返回来源]

III-V族化合物

由III族和V族元素组成的化合物，例如GaAs和InP。尽管可以制造出具有高转换效率的太阳能电池，但它们极其昂贵，因此它们的使用目前仅限于太空应用。[返回来源]

钙钛矿型

钛酸钡（BaTiO₃)的结构。通式为ABX₃作为太阳能电池材料正在积极研究，由A：有机阳离子、B：金属阳离子和X：卤化物阴离子组成。[返回来源]

光阴极

在将水分解为氢气和氧气的光电化学电池中，光电极在光照下会产生氢气。[返回来源]

铜镓硒₂薄膜

由铜 (Cu)、镓 (Ga) 和硒 (Se) 组成的黄铜矿型（CIS 型）化合物薄膜，禁带宽度为 17 eV。[返回来源]

空气质量 15

阳光在到达地面之前穿过的大气量称为气团。在太空中，空气质量为0。空气质量1是阳光垂直入射到地面时的光谱。空气质量15作为太阳能电池评估的标准，通过它的空气量比空气质量1大15倍，因此光散射和吸收量相应增加。相当于与垂直方向成482度角照射的太阳光，能量为1000W·m^-2[返回来源]

背面场效应

使光吸收层的导带下端倾斜，使电子向表面移动并更容易将其带出到外部电路的效果。在禁带宽度约为11eV的传统CIS太阳能电池中，采用了通过增加光吸收层中III族元素背面的镓(Ga)与铟(In)的组成比来抬高导带底部并形成斜坡的方法。[返回来源]

碱金属化合物

在 CIS 太阳能电池中，“碱金属效应”是众所周知的，它可以通过添加碱金属来提高性能。由于碱金属难以处理，通常使用氟化钠（NaF）和氟化钾（KF）等化合物。在本研究中，使用氟化铷 (RbF)。[返回来源]