碲化镉光伏电池片效率从不及8%提高至11.5%

瑞士联邦材料科学与技术实验室(Empa)的科学家们通过铜掺杂成功提高了柔性碲化镉(CdTe)光伏电池的转换效率。

近日，瑞士联邦材料科学与技术实验室宣布取得了一项重大技术突破，这或许将为柔性、轻盈且低成本的碲化镉光伏电池的工业化铺平了道路。

可通过滚动式制造技术生产的柔性薄膜太阳能电池片堪称是通往廉价太阳能电力的希望之路。

通过在电池片中掺杂金属铜，瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究人员们成功将电池片的效率从不到8%提高至11.5%，这一技术成果已经发表在最新一期的《自然通讯》(NatureCommunications)上。

瑞士联邦材料科学与技术实验室发布声明称，就这点而言，柔性薄膜太阳能电池拥有巨大的发展潜力，因为他们仅仅需要最少的原料，并通过滚动式制造设备大批量生产。

在制造成本方面，目前碲化镉电池片是最为廉价的，其市场占有率仅次于硅基太阳能电池片。这些所谓的基质电池片有一大缺陷：它们需要一层透明的辅助材料，可以让阳光穿透至采集光照的碲化镉层，因此透明材料载体的选择性就变得非常有限。

光伏电池多层结构的倒置将有助于进一步削减成本，采用金属制成的柔性箔作为辅助材料。采用这种设计，阳光可从另一面进入电池片，而无需穿透衬底。

然而，直到目前为止，金属箔基底结构的碲化镉电池片效率远远低于8%——与最新公布的实验室级别玻璃衬底的碲化镉电池片创造的19.6%的转换效率相形见绌。

太阳能电池片的铜掺杂技术

瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究人员发现了一种可提高碲化镉电池片转换效率的方法，他们成功将少量的铜掺杂入半导体层——取得了过去科学家们无法企及的成就。

瑞士联邦材料科学与技术实验室下属薄膜与光伏实验室的负责人AyodhyaNathTiwari表示，人们尝试在基质结构碲化镉电池中进行掺杂，但是失败了一次又一次。

Tiwari的研究团队仍然尝试采用高真空铜蒸发至碲化镉层，随后采用热处理方式使铜原子渗入碲化镉。而铜的用量必须做到精确控制：用量太少无法提高电池片效率，用量过多也无法达到目的。

然而，电子特性得到了大幅提升。在Tiwari实验室工作的博士生LukasKranz与ChristinaGretener、JulianPerrenoud一起对铜的用量进行了精确的微调，从而使铜的单一原子层沉积在碲化镉上。

Kranz表示：“效率得以大幅提高，从不到1%提高至12%以上。生长在玻璃衬底上的碲化镉电池片最高效率达到13.6%，而Tiwar团队研发的生产在金属衬底上的碲化镉电池片效率高达11.5%.

宏大目标：力争达到20%

目前为止，生长在金属衬底上的柔性碲化镉光伏电池的最高效率仍然低于生长在较为昂贵的聚酰亚胺衬底上的基质结构柔性光伏电池。

报告的作者之一StephanBuecheler表示，我们的研究成果表明基质机构技术拥有巨大的潜力，未来将进一步提升转换效率。

这支研究团队短期的目标是达到15%的转换效率，但是StephanBuecheler表示：“我相信这种材料有望使效率突破20%。”

下一步将专注于减少碲化镉上玻璃层的厚度，其中包括导电前触点，这将减少光吸收率并让更多的阳光被碲化镉层吸收。Tiwari称之为“削减光学损失”。