曾祥斌HIT与量子点太阳能电池的研究与发展

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1、HIT与量子点太阳能电池的研究与发展现状1.太阳能电池的研究方向3.量子点太阳能电池的研究现状2.HIT太阳能电池的研究与产业化进程世界能源结构预测2040年光伏发电将占总电力的20%以上，本世纪末将达到60%以上9/14/20213华中科技大学电子科学与技术系各类太阳能电池的技术路线9/14/20214华中科技大学电子科学与技术系降低成本提高效率三代太阳能电池的效率与成本9/14/20215华中科技大学电子科学与技术系太阳能电池的能量损失机制(1)non-absorptionofbelowbandgapphot

2、ons;(2)latticethermalisationloss;(3)and(4)junctionandcontactvoltagelosses;(5)recombinationloss根据Shockley-Queisser理论，单结硅基太阳能电池在标准光照下的转换效率不超过31%9/14/20216华中科技大学电子科学与技术系减少能量损失的办法多带隙叠层结构单结(~31%),双结(~43%),三结(~49%)。在无限叠层的情况下，若带隙宽度与太阳光谱完美匹配，则理论转换效率最高可达66%右图为我们研究团队在七

3、五期间制备的转换效率达11.5%的非晶硅叠层太阳能电池，当时处于国内第一、世界第三的水平9/14/20217华中科技大学电子科学与技术系减少能量损失的办法将一个高能光子转换为多个电子空穴对光子能量每增加一个禁带宽度Eg，则量子效率提高100%9/14/20218华中科技大学电子科学与技术系HIT电池的起源1991年由日本Sanyo电气有限公司的MikioTaguchi等人首次提出HIT电池概念，提出了在非晶硅薄膜/晶态Si界面插入一层本征a-Si缓冲层的新颖结构，利用本征a-Si将晶态Si和n型非晶薄膜隔开，避免

4、了界面复合，钝化了PN结界面，使转换效率提高。结合第一代单晶硅电池和第二代非晶硅电池的优势HIT：HeterojunctionwithIntrinsicThin-layer（带本征薄层异质结太阳能电池）9/14/20219华中科技大学电子科学与技术系HIT电池的结构单晶硅衬底本征非晶硅层掺杂非晶硅层电极9/14/202110华中科技大学电子科学与技术系HIT电池的特点和关键技术低温工艺高效率高稳定性低成本衬底材料的选择异质结界面的钝化非晶硅层的制备背表面场的研究特点关键技术9/14/202111华中科技大学电子科

5、学与技术系HIT电池的研究状况早在1990年，三洋（Sanyo）公司就开始对异质结太阳能电池进行研究。Hamakawa等率先报道采用nip-a-Si:H/np-c-Si叠层结构的异质结太阳能电池获得了12%的光电转换效率。1992年，Tanaka等创下p-a-Si:H/i-a-Si:H/n-c-Si结构太阳能电池光电转换效率18.1%的最高记录，并将这种带有本征薄层的结构称之为HIT结构。此后相继有20多个国家或研究单位投入到HIT太阳能电池的研究当中。9/14/202112华中科技大学电子科学与技术系HIT电池

6、的研究状况世界HIT太阳能电池的研究现状9/14/202113华中科技大学电子科学与技术系我们的研究成果pc-Sin+a-SiAl-BSFSiNxAlia-Si9/14/202114华中科技大学电子科学与技术系HIT电池的产业化进程自1994年HIT太阳能电池在1cm2面积上制备出转换效率为20.0%的HIT太阳能电池以来，Sanyo公司就展开了HIT太阳能电池的产业化研究，并于1997年迅速实现了HIT太阳能电池的工业化生产。所生产的面积超过100cm2的HIT太阳能电池的转换效率高达17.39%。所推出的商业

7、化HIT太阳能电池组件HITPower2l，电池模块如图1-1所示。同时，公司还推出了能替代屋顶瓦片的太阳电池模块HITPowerRoof，如图1-2所示，此模块安装时不需要额外的支出。9/14/202115华中科技大学电子科学与技术系HIT电池的产业化进程2002年10月，“190WHIT组件”投放市场，HIT太阳能电池的工业化生产已获得18.5%的世界最高电池转换HIT太阳能电池转换效率达到21.3%；该年4月，Sanyo公司推出了输出功率为200W的HIT太阳电池模块，模块温度特性有了大幅提高，年发电量比传

8、统太阳电池多出43%。2006年，HIT太阳能电池的最高转换效率达到21.8%，270W的HIT太阳能电池模块首先在欧洲上市，工程中太阳能电池模块的用量可再减少约25%。2008年，Sanyo公司研制的HIT太阳能电池在100.5cm2的面积上得到了22.3％的转换效率，并研制得到了厚度仅为70µm的太阳能电池。9/14/202116华中科技大学电子科学与技术系HIT电池