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行了優化。開發了一種激光剝離方法，以避免在將光散射結構轉移到無色聚酰亞胺襯底上期間的熱損傷，從而增強前入射光電流，同時引入雙n型后窗層以減少光損耗，促進后入射的電子傳輸，從而增強雙面操作期間的性能。窗口層的引入將前后功率轉換效率比提高到約86%。正面和背面光照分別為1和0.3太陽時的優化雙面功率轉換效率等于6.15%，500-800納米內的平均透射率等于36.9%。此外，使用激光剝離制造的柔性透明太陽能電池表現出良好的機械可靠性(即在6mm的彎曲半徑下持續500次循環)，因此適用于建筑集成光伏。
化石能源的使用會釋放出揮發性物質，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、風能和波浪能)，光伏(PV)能源已經被證明是經濟可行的，并且目前具有*大的市場份額。電是現代社會中*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，因為它們可以集成到建筑物的屋頂、外墻和窗戶中，以確保直接的能源供應。此外，基于BIPV技術的雙面太陽能模塊已經發現了潛在的應用，例如，用于光伏發電廠或聲屏障的垂直雙面模塊可以補充傳統傾斜模塊的發電特性，而安裝在農業光伏或溫室中的透明雙面模塊可以同時生產作物和電力。由于現代建筑的外部通常具有根據各種美學設計彎曲的玻璃表面，BIPV系統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，因為它具有相對較高的熔點和玻璃化轉變溫度，以及優異的機械和光學性能，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)來構造染料敏化、有機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定性、無毒、低成本和適合大規模生產的優點。特別是a-Si:H層可以使用等離子體增強化學氣相沉積在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使得能夠使用室內光高效發電。迄今為止報道的基于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%的穩定功率轉換效率(PCEs)(單結結構)和14.0%(三接頭結構)已被報道，而PCE-平均透射率(Taye)對為6.996-23.6%和3.4%-3.0%25據報道用于透明細胞。在PEN襯底上具有單個和串聯結構的柔性薄膜不透明硅太陽能電池已經顯示出分別表現出8.8%的PCE和9.8%的穩定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必須解決幾個技術問題。薄膜太陽能電池吸收光的能力通常可以使用光散射結構來提高，然而，這種光散射結構很難在柔性基板.上產生。由于熱膨脹，CPl襯底容易產生表面應力，在具有不規則性的表面上，例如在光散射(紋理)結構上，a-Si:H吸收層的產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行,即可以利用正面和背面入射光發電，但大多數薄膜TSC已經針對正面進行了優化，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構集成在一起。各種光散射技術，例如前電極紋理化、襯底上的光學結構壓印、銀納米線網格化和使用復制的光散射結構轉移，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)轉移，因為它對熱或化學影響的敏感性低，因此易于應用于柔性基底。通過調整鋁摻雜氧化鋅(Az0)的刻蝕時間產生的光散射結構被轉移到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。在光散射結構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量，通過降低在a-Si:H沉積期間引起的表面應力來消除電池中的缺陷。我們還引入了一個n型后部層，以減少后部入射的光學損耗，并使用光學反射模擬優化該層。n型背面層的帶隙結構被設計成有利于電子傳輸，從而為背面輻照提供優勢。
*后，我們研究了轉移CPI(T-CPI)膜的形態和基于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械性能。
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