化學所在新型GeSe無機薄膜太陽能電池研究方面取得進展

請登錄后使用快捷導航
沒有賬號？注冊新賬號

曉木蟲

化學所在新型GeSe無機薄膜太陽能電池研究方面取得進展

摘要: 　　無機薄膜太陽能電池由于具有在降低成本的同時實現高能量轉換效率的潛力，從而引起了人們的廣泛關注。目前已商業(yè)化的碲化鎘（CdTe）和銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池光電轉換效率均已突破21%，表現出很強的市場 ...

　　無機薄膜太陽能電池由于具有在降低成本的同時實現高能量轉換效率的潛力，從而引起了人們的廣泛關注。目前已商業(yè)化的碲化鎘（CdTe）和銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池光電轉換效率均已突破21%，表現出很強的市場競爭力。然而，Te、In資源非常稀缺，在電池發(fā)電量達到兆瓦級時會出現原材料瓶頸。同時Cd是劇毒元素，增加了生產及使用維護的難度。因此，尋找綠色無毒、儲量豐富、光電性能優(yōu)異的新型薄膜太陽能電池迫在眉睫。
　　在中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項和國家自然科學基金委的支持下，中國科學院化學學習所分子納米結構與納米技術重點實驗室學習員胡勁松課題組科研人員致力于新型太陽能電池材料與器件方面的學習，前期工作包括發(fā)展綠色無毒、儲量豐富的FeS2材料，基于溶劑誘導法制備了多種形貌且空氣中穩(wěn)定的純立方相FeS2納米材料，從而為進一步的薄膜太陽能電池應用打下堅實基礎（J. Am. Chem. Soc. 2015， 137， 2211）。
　　最近，學習人員在另一種二元化合物硒化亞鍺（GeSe）薄膜太陽能電池學習方面取得新進展。GeSe原料儲量大，毒性低，同時禁帶寬度合適(1.14 eV)，吸光系數大( 104 cm-1)，遷移率高(128 cm2 V-1 s-1)，非常適合于制作新型薄膜太陽能電池，理論光電轉換效率可達30%以上。針對制備GeSe過程中易存在Ge和GeSe2雜相問題，學習人員基于GeSe極易升華而雜相難以升華的特性，設計了具有自調節(jié)功能的快速升華薄膜制備方法(Rapid Thermal Sublimation，簡稱RTS)，成功獲得了高質量純相GeSe多晶薄膜，并將其作為吸收層構筑了頂襯結構的GeSe薄膜太陽能電池，取得了1.48%的光電轉換效率，為該材料光伏性能的首次報道。同時，所制備的GeSe薄膜電池器件在未封裝條件下，空氣中放置將近兩個月性能基本無任何衰減，表現出良好的器件穩(wěn)定性（如圖）。此外，通過深入分析GeSe的升華機理發(fā)現GeSe (s)通過形成雙原子分子GeSe (g)升華，該方式大大減少了互占位、間位等點缺陷，因此通過該RTS工藝可得到缺陷良性的GeSe薄膜。以上實驗結果充分證明GeSe材料在薄膜太陽能電池應用方面的前景，該工作發(fā)表在美國化學會志（J. Am. Chem. Soc. 2017， 139， 958）。文章上線后即引起了國內同行的關注，物理化學學報在“亮點”專題報道了該工作（Acta Phys.–Chim Sin. 2017， 33， 264）并給予了高度評價，認為GeSe是極具潛力的太陽能電池吸收層材料，從而有望成為一個新的光伏學習熱點。