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超声波喷涂技术用于制备高性能柔性薄膜太阳能电池导电涂层

时间:2025-11-12     【原创】

  高性能柔性薄膜太阳能电池,该类型电池采用超薄柔性设计,具有高转换效率、良好的弱光性能、优异的温度

特性、高可靠性以及易弯曲成型等特点。电池厚度仅为10微米,约为传统晶体硅电池厚度的1/18,功率密度可达

260W/㎡,面密度为114g/㎡,重量较常规同类材料降低约80%。经国际权威能源研究机构实验验证,基于该技术的

双结薄膜太阳能电池转换效率可达31.6%。此外,衬底材料可重复使用约20次,显著降低了生产成本,同时赋予

电池良好的柔性与适应性,为实现规模化、低成本生产提供了技术基础。


  化合物半导体太阳能电池与硅基电池性能对比


  作为III-V族化合物半导体太阳能电池,该类型电池在多个方面展现出优于硅基电池的特性:


  1.转换效率更高


  由于其材料禁带宽度适宜,光谱响应范围与太阳光谱匹配度更佳,因此实际转换效率高于硅基电池。理论上,

单结硅电池的效率上限约为23%,而单结该型电池理论效率可达27%,多结结构的设计更可将理论效率提升至50%。


  2.超薄设计潜力


  该材料为直接带隙半导体,对可见光至红外光谱的吸收能力显著强于间接带隙的硅材料。实现95%的太阳光

吸收,硅材料需要150微米以上厚度,而该材料仅需5–10微米,大幅降低了电池的重量与材料用量。


  3.高温性能稳定


  该材料本征载流子浓度较低,使其最大功率温度系数(-2×10⁻³/℃)远优于硅电池(-4.4×10⁻³/℃)。

在200℃高温环境下,硅电池已基本失效,而该型电池仍可保持约10%的效率,特别适用于聚光发电等高温应用场景。


  4.抗辐射性能优异


  得益于少数载流子寿命较短的特点,辐射在结区数个扩散长度外产生的缺陷对电池性能影响较小。在1MeV电子、

1×10¹⁵/cm²通量的辐照条件下,该型单结与多结电池的输出功率保持率分别超过0.76和0.81,而相同条件下硅基电

池仅为0.70。


  5.多结叠层技术潜力


  随着金属有机化学气相沉积等材料生长技术的进步,III-V族三元、四元化合物半导体材料体系日趋成熟,为开发

更高效率的多结叠层太阳能电池提供了丰富的材料选择与技术路径。


  超声波喷涂技术是制备高性能柔性薄膜太阳能电池导电涂层的关键技术之一,能精准解决传统方法在柔性衬底上

的沉积难题。其核心是通过超声波喷头将导电墨水(如纳米银线、石墨烯、PEDOT:PSS墨水)雾化成1-50μm的均匀

微滴,以低动能、定向沉积方式在柔性衬底(如PET、PI膜)表面形成导电层。


  该技术的优势高度适配导电涂层需求:一是均匀性高,可精准控制涂层厚度(几十到几百纳米)和方阻一致性,

避免传统旋涂的边缘效应,提升电极导电性;二是低损伤性,液滴动能小,不会破坏柔性衬底或下方功能层,适配

衬底的低机械强度;三是材料利用率超80%,远高于旋涂(<30%),降低纳米银线等昂贵导电材料的成本;四是

兼容性强,可兼容卷对卷量产,实现大面积柔性导电涂层制备,助力替代脆性ITO电极。


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