柔性透明薄膜光散射光伏器件的制備
柔性透明薄膜光散射光伏器件的制備
制造了柔性透明的薄膜硅太陽能電池，并針對建筑集成光伏和雙面操作進(jìn)行了優(yōu)化。開發(fā)了一種激光剝離方法，以避免在將光散射結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到無色聚酰亞胺襯底上期間的熱損傷，從而增強(qiáng)前入射光電流，同時(shí)引入雙n型后窗層以減少光損耗，促進(jìn)后入射的電子傳輸，從而增強(qiáng)雙面操作期間的性能。窗口層的引入將前后功率轉(zhuǎn)換效率比提高到約86%。正面和背面光照分別為1和0.3太陽時(shí)的優(yōu)化雙面功率轉(zhuǎn)換效率等于6.15%，500-800納米內(nèi)的平均透射率等于36.9%。此外，使用激光剝離制造的柔性透明太陽能電池表現(xiàn)出良好的機(jī)械可靠性(即在6mm的彎曲半徑下持續(xù)500次循環(huán))，因此適用于建筑集成光伏。
化石能源的使用會釋放出揮發(fā)性物質(zhì)，如碳和氮氧化物,從而顯著加劇氣候變化和空氣污染。在化石燃料的可再生替代品中。太陽熱能、風(fēng)能和波浪能)，光伏(PV)能源已經(jīng)被證明是經(jīng)濟(jì)可行的，并且目前具有*大的市場份額。電是現(xiàn)代社會中*常用的能源形式，它在傳輸過程中的能量損失*大。建筑集成光伏(BIPVs)可以成為一種高效的電力來源，因?yàn)樗鼈兛梢约傻浇ㄖ锏奈蓓?、外墻和窗戶中，以確保直接的能源供應(yīng)。此外，基于BIPV技術(shù)的雙面太陽能模塊已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了潛在的應(yīng)用，例如，用于光伏發(fā)電廠或聲屏障的垂直雙面模塊可以補(bǔ)充傳統(tǒng)傾斜模塊的發(fā)電特性，而安裝在農(nóng)業(yè)光伏或溫室中的透明雙面模塊可以同時(shí)生產(chǎn)作物和電力。由于現(xiàn)代建筑的外部通常具有根據(jù)各種美學(xué)設(shè)計(jì)彎曲的玻璃表面，BIPV系統(tǒng)需要柔性或可彎曲的透明太陽能電池(TSC)。
各種聚合物材料如聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚(2，6-蔡二甲酸乙二醇酯)和無色聚酰亞胺(CP)已經(jīng)被用作柔性和可彎曲太陽能電池的基板。在聚合物基板中，CPI已廣泛用于柔性太陽能電池，因?yàn)樗哂邢鄬^高的熔點(diǎn)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，以及優(yōu)異的機(jī)械和光學(xué)性能，即使在熱處理后也能保持這些性能。柔性TSC可以使用薄膜材料如銅銦鎵硒(CIGS)來構(gòu)造染料敏化、有機(jī)和鈣鈦礦太陽能電池，以及氫生成的非晶硅(a-Si:H)，其中a-Si:H提供了太陽能電池穩(wěn)定性、無毒、低成本和適合大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。特別是a-Si:H層可以使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積在CPI襯底可承受的溫度下沉積，而a-Si:H的高可見光吸收系數(shù)使得能夠使用室內(nèi)光高效發(fā)電。迄今為止報(bào)道的基于a-Si:H的太陽能電池可以分為不透明的和透明的。對于不透明電池，10.2%的穩(wěn)定功率轉(zhuǎn)換效率(PCEs)(單結(jié)結(jié)構(gòu))和14.0%(三接頭結(jié)構(gòu))已被報(bào)道，而PCE-平均透射率(Taye)對為6.996-23.6%和3.4%-3.0%25據(jù)報(bào)道用于透明細(xì)胞。在PEN襯底上具有單個(gè)和串聯(lián)結(jié)構(gòu)的柔性薄膜不透明硅太陽能電池已經(jīng)顯示出分別表現(xiàn)出8.8%的PCE和9.8%的穩(wěn)定PCE，而基于Kapton和PEN襯底的透明電池的PCE對分別為3.0%-40%和4.93%-34.2%。
在CPI基板上制造高性能柔性TSC必須解決幾個(gè)技術(shù)問題。薄膜太陽能電池吸收光的能力通?？梢允褂霉馍⑸浣Y(jié)構(gòu)來提高，然而，這種光散射結(jié)構(gòu)很難在柔性基板.上產(chǎn)生。由于熱膨脹，CPl襯底容易產(chǎn)生表面應(yīng)力，在具有不規(guī)則性的表面上，例如在光散射(紋理)結(jié)構(gòu)上，a-Si:H吸收層的產(chǎn)生傾向于有利于缺陷的形成。此外，盡管TSC可以在雙面模式下運(yùn)行,即可以利用正面和背面入射光發(fā)電，但大多數(shù)薄膜TSC已經(jīng)針對正面進(jìn)行了優(yōu)化，因此，前入射和后入射PCE之間的差異很大。
在這里，我們制作了超薄(~20um)柔性透明適用于BIPV系統(tǒng)的非晶硅太陽能電池(圖1)。所提出的裝置與CPI基底表面的光散射結(jié)構(gòu)集成在一起。各種光散射技術(shù)，例如前電極紋理化、襯底上的光學(xué)結(jié)構(gòu)壓印、銀納米線網(wǎng)格化和使用復(fù)制的光散射結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移，可用于薄膜太陽能電池。在這些方法中，我們選擇了激光剝離(LLO)轉(zhuǎn)移，因?yàn)樗鼘峄蚧瘜W(xué)影響的敏感性低，因此易于應(yīng)用于柔性基底。通過調(diào)整鋁摻雜氧化鋅(Az0)的刻蝕時(shí)間產(chǎn)生的光散射結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)移到CPl襯底上，在平坦的襯底表面上集成了透明的a-Si:H太陽能電池。在光散射結(jié)構(gòu)的相對表面上制造電池可以利用光散射特性并減少電池的數(shù)量，通過降低在a-Si:H沉積期間引起的表面應(yīng)力來消除電池中的缺陷。我們還引入了一個(gè)n型后部層，以減少后部入射的光學(xué)損耗，并使用光學(xué)反射模擬優(yōu)化該層。n型背面層的帶隙結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成有利于電子傳輸，從而為背面輻照提供優(yōu)勢。
*后，我們研究了轉(zhuǎn)移CPI(T-CPI)膜的形態(tài)和基于T-CPI的透明a-Si:H太陽能電池的性能，另外使用彎曲測試檢查了柔性太陽能電池的機(jī)械性能。
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