實際效率可達到18.47% 科學家試圖用鍺取代錫開發克斯特太陽能電池

2021-01-09 索比光伏網

國際研究小組發現，克思特光伏電池材料中存在的一些晶格缺陷實際上可以提高效率，而不是降低效率。該小組相信鉀長石光伏電池將在未來十年內大規模生產。

由伊朗塔比亞德·莫代雷斯大學，德黑蘭大學，沙希德·巴哈納爾大學，克爾曼大學，塞姆南大學和科威特大學領導的研究人員對10.33%的高效鉀鈦礦型太陽能電池進行了缺陷分析，他們的分析發現，通過精心控制地向材料中添加缺陷，此效率可以提高到18.84%。

論文中描述提高CZTSSe太陽能電池的效率，工程在吸收層晶格缺陷，發表在太陽能、缺陷的設備進行了分析通過一系列基於有限元數值模擬方法(FEM)，最使用的方法來解決工程和數學模型的問題，和有限差分(FD)技術，這近似於衍生品通過結合附近使用一組權重函數值。

科學家指出，克斯特晶體層的各種晶格缺陷，包括空位、間隙和反位缺陷，通常被認為是這些電池低轉換效率的原因。

他們特別分析了硫化銅鋅錫/硒化物(CZTS和CZTSe)和酯層的缺陷。他們表示：「很明顯，缺陷在層的帶隙中產生了陷阱級別。」在缺陷評估的每個部分中，主要缺陷被去除，單元的無缺陷吸收層用每個部分的每個狀態下新的指定缺陷建模。

然而，他們的分析顯示，其中一些缺陷實際上可以提高而不是降低電池效率。密度低於吸收層載流子密度，能級遠離電子的費米能級和帶隙中間的缺陷。費米能級描述了絕對零度溫度下電子能級集合的頂部。

合著者Mehran Minbashi說：「我們發現由於吸收層的缺陷工程，鉀長石太陽能電池的性能可以提高50%(相對而言)，從10.33%提高到18.47%。」目前，報導過的鉀長石太陽能電池的最高效率是12.6%。

Minbashi補充說，他們現在正致力於將研究結果應用到真正的太陽能電池上。明巴希進一步指出，鉀長石太陽能電池將在這個十年結束時實現商業化生產。

在低成本薄膜太陽能電池中，鉀長石是最有前途的吸光材料候選者之一。凱斯特酸鹽由銅、錫、鋅和硒等常見元素組成，與銅銦硒化鎵(CIGS)化合物不同，未來預計不會出現供應瓶頸。目前，儘管鉀長石仍然落後於CIGS在大規模生產中的效率。

今年，愛沙尼亞的研究人員宣布了一種效率為8.7%的鉀長石電池。2018年8月，澳大利亞研究人員實現了一種基於硫化銅鋅錫或硫化物基酯的電池10%的效率。這種電池的世界紀錄是12.6%，由日本薄膜生產商Solar Frontier在2013年創造。

去年，來自德國柏林亥姆霍茨中心的研究人員透露，他們正試圖用鍺取代錫，用於開發克斯特太陽能電池。

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