团队为新兴太阳能电池材料带来新的效率突破

新南威尔士大学太阳能研究员和科学家研究员肖晓昊博士及其团队已经为未来的太阳能电池材料 - 硫化物黄锌矿获得了两项能效世界纪录。

郝博士和她的团队不仅打破了硫化物黄铁矿的10%效率障碍，而且打破了标准尺寸的西洋镜太阳能电池的效率障碍，无论是纯硫化物材料还是掺入不太理想的硒。

该结果发表在今天的自然能源论文中，是郝博士两年内领导的第四个连续效率记录。

郝博士说，虽然能源效率还没有达到可以用于工业的水平，但结果对于采购丰富且价格低廉的材料来说是有希望的。

“硫化物黄铜矿是一种由铜，锌，锡和硫组成的化合物 - 地壳中有四种廉价而丰富的元素，”她说。

“我称之为绿色材料，因为除了丰富之外，它们也是无毒的。”

硫化物锌黄锡矿(Cu 2 ZnSnS 4，也称为CZTS)是源自光伏(PV)材料CIGS(铜铟镓(二)硒化物)的薄膜半导体材料，其是商业化的高效薄膜PV技术。具有能够应用于柔性表面的附加优点。

然而，CIGS的缺点是铟相对稀少并且在平板显示器(例如电视屏幕，笔记本屏幕和触摸屏)中使用的需求很高，这意味着它很昂贵。太阳能电池面临的挑战之一是依赖稀有和有毒材料用于薄膜太阳能电池生产。

“铟的价格已经很高，预计会继续上涨，因为平板显示器的市场正在增长，”郝博士说。

输入CZTS。通过用丰富的锌和锡代替铟和镓，您就拥有了一种符合低成本，灵活，无毒和丰富标准的化合物。

“除此之外，作为独立的薄膜PV，CZTS相关材料有机会用于带硅的串联电池，因为当与其他元素合金化时，其带隙可以在很宽的范围内轻松调节，使其成为可能。这与串联堆叠的上部电池的高带隙要求非常匹配，“郝博士解释道。

“这种发展的关键先决条件是我们需要将CZTS的效率提高到20%以上才能让我们看到总能效超过30%，”郝博士说。

使用硫化物锌黄锡矿的另一个优点是CIGS的制造工艺很容易适应生产CZTS。增加薄膜可以应用于柔性表面的事实使其成为一种有吸引力的替代方案。

“柔性光伏电池重量轻，扩展了其在建筑一体化和其他不平坦表面(如汽车或无人驾驶飞行器(UAV))上的潜在用途。”

因此，CZTS价格便宜，来源丰富，灵活，无毒，易于集成到现有的制造工艺中。缺少的是商业上使用的材料所需的能效水平。

鉴于过去几年效率的提高 - 从7.6%降至11% - 郝博士认为，她和她的团队正在走上实现15%或20%效率水平的正确轨道。但她并不幻想它会在一夜之间发生。

“对于每次效率变化，我们都需要采用分步技术来实现这一目标，”郝博士说。

“有了CZTS，还有很多我们都不知道的东西。揭开这些未知数是最激动人心的冒险。”

她对最近未发表的研究结果感到非常兴奋，这可能会带来重大变化。为确保进一步发展这些新发现，她将在年底申请为新项目提供资金。