全球首款“双面发电”建筑附着式太阳能电池问世

Published 10 Apr.2023 14:48(KST)

韩国材料研究院

韩国研究团队开发出全球首个可实现双面发电的建筑附着式太阳能技术。

韩国材料研究院（KIMS）10日表示，该院纳米表面材料研究本部权正大博士研究团队，与釜山大学宋風根教授团队、韩国航空大学申明勋教授团队合作，通过利用激光的转移工艺，开发出了融合散射光结构体的柔性基板。研究团队还利用这一技术，通过折射率匹配，将背面光反射降至最低，成功在全球率先实现了具有高双面发电性能的柔性基板透明薄膜太阳能电池。

韩国材料研究院开发的双面发电建筑一体化太阳能电池。图片由韩国材料研究院提供

由于透明薄膜太阳能电池的光吸收层厚度极薄，不足300纳米（nm），为增加产生的电流量，需要引入光散射结构。迄今为止的研究主要是利用适用于太阳能电池的透明氧化物半导体的刻蚀工艺和光刻工艺来形成光散射结构。然而，这些制造工艺复杂，且极易产生缺陷，难以应用于柔性基板，存在明显局限。

研究团队在具有光散射结构的氧化锌薄膜上沉积了激光吸收层，并在其上方制造出与光散射结构体形状完全相同、厚度约20微米（μm）的光散射结构融合型柔性基板，开发出利用激光的转移工法，从而克服了既有工艺的局限。此时形成的20微米厚柔性基板表现出51.9%的光散射率，其反面形成的硅薄膜太阳能电池，与无光散射的柔性基板太阳能电池相比，效率提升了9.7%。该工艺可制备从5×5厘米到14×14厘米不等尺寸的太阳能电池基板，能够将结构体引发的缺陷降至最低，具备与现有太阳能电池工艺相适配的特性。

通过激光在不降低柔性基板透过率的前提下，有效转移并融合能够产生光散射的结构体，从而提升了太阳能电池的发电效率。尤其是由于在光散射结构体的反面生长太阳能电池，可以避免由结构体带来的缺陷，并将材料本征特性引起的缺陷降至最低。该技术有望应用于多种薄膜太阳能电池用吸收层材料，并成为用于建筑一体化光伏（BIPV）的柔性基板透明薄膜太阳能电池实现高效率化的重要标杆。此外，通过将背面入射光损失降至最低的窗口层设计，减少反射光，实现了高水平的双面发电性能。

柔性基板透明薄膜太阳能电池技术无需对既有建筑进行额外的材料设计，即可附着于构成建筑的所有元素并实现发电。预计有望以较低成本有效替代现有效率相对较高的玻璃、金属基板太阳能电池市场。此外，还可应用于农光互补发电等更多元的领域。

权责任研究员表示：“我们开发出了工艺简单、且在工艺过程中不存在难点的光散射结构融合型柔性基板透明薄膜太阳能电池”，并称“有望实现光吸收机理得到改善的双面发电用建筑一体化光伏（BIPV）系统”。