太阳能电池电荷损失的量化分析方法研究取得重要进展
2020-07-24
中国电源产业网
导语：太阳能电池是实现光能到电能转换的光伏器件。在光电转换过程中，光伏器件内部经历了光生电荷的产生、分离、转移、输运、复合、抽取等多个体相和界面动力学过程。这些电荷动力学过程本质上主导着器件本身的性能。如何精确测量些微观动力学参数？如何准确理解这些动力学过程的物理机制? 是光电、电光领域的重要研究课题。也是评价材料性能和指导器件结构优化进而提高器件性能的必由之路。
太阳能电池是实现光能到电能转换的光伏器件。在光电转换过程中，光伏器件内部经历了光生电荷的产生、分离、转移、输运、复合、抽取等多个体相和界面动力学过程。这些电荷动力学过程本质上主导着器件本身的性能。如何精确测量些微观动力学参数？如何准确理解这些动力学过程的物理机制? 是光电、电光领域的重要研究课题。也是评价材料性能和指导器件结构优化进而提高器件性能的必由之路。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心孟庆波团队在探索高性能薄膜新型太阳能电池的同时一直致力于开发用于太阳能电池的电荷动力学和缺陷态等物理性质的量化测量和分析方法，已经取得了一系列研究成果。比如成功研制了可调控的太阳能电池瞬态光电测量系统，实现了太阳能电池在实际工作状态下电荷动力学的测量（Rev. Sci. Instrum. 2016, 87, 123107），成功应用于钙钛矿太阳能电池离子动力学的测量（Appl. Phys. Lett. 2015, 107, 163901）；量化分析了太阳能电池的界面和体相缺陷分布，并用于阐明了钙钛矿太阳能电池的电学稳定性问题的界面起源（Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1901352）。
从光伏器件的差分电容入手研究了基于电瞬态表征技术的常规带尾态模型理论框架的有效性问题，指出该模型在电池测量状态的一致性和对太阳能电池光电压产生的物理过程等方面存在不合理假设，证明带尾态模型理论分析方法在太阳能电池测量和研究不具备的普适性。
通过理论计算模拟电瞬态表征技术背后器件的载流子动力学和电荷损失机制，他们提出了一种新的量化太阳能电池电荷损失的理论分析方法，可以从电瞬态表征技术中定量提取光伏器件的电荷动力学量子效率和相关缺陷态信息（例如：定量化器件中电荷抽取和收集量子效率以及吸收层中的缺陷态密度）。该方法对于常规硅太阳能电池、新兴的铜锌锡硫太阳能电池和钙钛矿太阳能电池具有很好的普适性，并且能够扩展到其他类似结构的光伏器件。这项工作为全面研究太阳能电池中载流子动力学过程和电荷损失机制提供了有效的途径，并在其他光电器件中具有潜在的应用价值。
图1. 对于器件差分电容的精确测量
图2. 钙钛矿吸收层中电荷传输的模拟和光电压的建立过程
图3. 钙钛矿太阳能电池中的电瞬态研究：Device A and B光电转换效率 （A）量化电荷抽取和收集量子效率（B）以及钙钛矿吸收层中的缺陷态密度（C）。
该工作以“Exploiting Electrical Transients to Quantify Charge Loss in Solar Cells”为题，发表在Joule杂志上 （Joule 4, 472–489）。物理所博士研究生李一明和物理所石将建副研究员为该论文的共同第一作者，物理所孟庆波研究员为该论文的通讯作者。这项研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院和科技部的支持。
编辑：中国电源产业网
来源：《电源工业》杂志
标签：
相关信息
MORE >>-
钠电池有没有发展下去的可能性？
锂电资源供应短缺担忧，钠电池商业化再次得到重视。随着锂供应短缺担忧及低成本储能电池需求的日益增长，近十年钠电池研究取得快速发展，国内外已有多家企业布局钠电池产业，钠电池已逐步由实验室走向商业化应用阶段。
-
新能源车无缘“十五五”，国内过剩，出海凶险，车企开辟第三战场
在连续三个“五年计划”被列为战略新兴产业之后，新能源汽车产业的战略地位2025年戛然而止，在新公布的“十五五”规划中，量子技术、生物制造、氢能以及可控核聚变列为推动经济增长的“新贵”，新能源汽车首次缺席，这种变化传递出哪些新的信号呢？
-
固态电池“国家队”集结：2027，中国决战下一代电池
“我们的固态电池中试线正在稳步建设”“2027年将完成全固态电池装车验证”——近期，固态电池领域的“好消息”密集释放。当孚能科技与江铃汽车的合作进入中试阶段，当奇瑞犀牛S全固态电池的装车时间表明确，一个清晰的趋势正在浮现：中国新能源产业正通过“整车厂+动力电池厂”的“两两结对”模式，打响固态电池的“破局之战”。
-
1192号文落地，新能源产业将面临哪些机遇与挑战？
截至2025年8月底，我国风电、光伏累计装机容量已突破17亿千瓦（其中光伏装机11.2亿千瓦，风电装机5.8亿千瓦），首次超过火电成为第一大电源。新能源发电具有间歇性、波动性特点，我国新能源大规模发展的同时，也面临消纳难度上升、电力系统调节压力加大等挑战。
-
新能源发电有新规则！就近消纳怎么玩？一文看懂官方新政
最近，国家发改委和能源局联合发了个重要通知（发改价格〔2025〕1192 号），专门针对风能、太阳能这类新能源发电的 “就近消纳” 制定了新规则。
-
我国新能源高质量发展的现状、挑战与未来路径
在全球能源转型浪潮与我国“双碳”目标的有力引领下，新能源已成为保障国家能源安全、推动经济高质量发展的核心力量。本文深入剖析我国新能源发展所取得的辉煌成就，凸显其在能源转型、安全保障、经济动能激发以及国际合作拓展等多方面的关键作用。
-
电源工业期刊 -
中国电源公众号
版权所有 © 中国•电源产业网 • 中国电源行业官网站长统计
中国电源产业网-新能源与电源官方网站 © Powered by SiteServer CMS
中国电源产业网网友交流群：2223934、7921477、9640496、11647415