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紫外光阻挡半透明薄膜太阳能电池材料前沿热点、能源材料、信息电子材料。

关键词： 紫外光阻挡、非铅、半透明、薄膜

应用领域

半透明太阳能电池

成果简介

智能玻璃可以通过选择性地吸收太阳光谱的不同波段，来补偿或满足室内居民在保暖，制冷以及照明方面的能源消耗。对于具体实现而言，目前已有多种报导的解决方案，其中透明光伏技术（TPV）可以在选择吸收的过程中产生一定量的本地电能，以支持系统的自动化运转，被认为是最为可行的实现方略。为衡量透明光伏器件的性能优劣，两个主要性能参数被引入，其中光电转换效率衡量的是器件的能量转换能力，平均可见透过率则被用于衡量器件的应用普适性以及集成难易度，以适应不同使用场景下的需求。两大参数的优化要求器件在紫外波段呈现非常强的吸收以及高外量子效率，同时尽可能透过可见光和近红外光，这需要具有一定宽带隙的半导体材料作为器件的光吸收层。 首先，理论上计算了分波段太阳光谱对器件的光生电流以及平均可见透过率（AVT）的贡献，得出使用带隙约为2.67eV的吸收材料可以在保证AVT大于99%的基础上产生最高的光电流，若吸收材料带隙过窄，透过率会急剧下降，若带隙过宽，产生的光电流则会减小。所以，寻求能级恰好合适的吸收材料是该技术发展的要点和难点。目前所报导的透明光伏吸收材料主要局限于有机小分子以及有机染料，而应用无机半导体则几乎无报导，原因则在于透明光伏器件对带隙的限制极其严重。为满足对带隙的严格限制，我们采用非铅双钙钛矿Cs2AgBiBr6作为透明光伏器件的吸收层。Cs2AgBiBr6的禁带宽度为1.98eV,但作为间接带隙半导体材料，其在带隙附近的吸收较弱，较强的吸收则延长到了450nm，保证了该材料在可见光波段的高透过率。在平面结构电池的基础上，利用磁控溅射制备的氧化铟锡薄膜作为器件的顶电极，同时选用在可见光波段完全透明的载流子传输材料，使得整体器件表现出对可见光的极弱吸收。 传统一步旋涂法制备的Cs2AgBiBr6薄膜会呈现出较强的散射作用，会引起较大的透射光损失，这是由于薄膜的雾度和粗糙度过高。针对此问题，我们发展了低压辅助成膜法来制备高质量双钙钛矿薄膜，经过低压后处理的薄膜的雾度明显下降，平整度提升，从而具备更低的散射损失以及透明度，为整体器件的透过率提升起到了关键作用。 还进一步研究了器件的传输层厚度，透明电极厚度对转换效率和光学透过的影响，并通过在入射光一侧加入减反射膜进一步提升了器件整体的可见光透过率。器件最终呈现出的平均可见透过率达到了72.5%，为目前报导的基于透明传输层的透明光伏器件的最高值之一，光电转换效率达到了1.56%，该效率为所有已报导透过率超过70%的透明太阳能电池的最高值，也是已报导的最高效率无机紫外吸收透明光伏器件具有紫外防护功能的非铅双钙钛矿太阳能电池的结构图；b）太阳能电池SEM截面图；c）半透明电池的照片。

经济效益与社会效益

紫外光阻挡的半透明光伏器件在建筑和汽车的窗户，以及手机等电子产品中有着潜在的应用价值。