太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，太陽能光伏電池是把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能電池種類繁多，晶體(單晶和多晶)硅太陽能電池已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用，我國是全球最大的晶體硅太陽能電池制造和供應(yīng)商，由于大多數(shù)的原材料和設(shè)備國產(chǎn)化，硅太陽能電池發(fā)電的成本一直在下降，與煤發(fā)電的成本有可比性。值得關(guān)注的是目前只有制備硅太陽能電池正面銀柵線的銀漿材料還被國外企業(yè)壟斷，導(dǎo)致銀漿占硅太陽能電池的成本一直在上升。因此深入研究硅太陽能電池的機(jī)理，開發(fā)制備能夠提高太陽能電池的效率和降低生產(chǎn)成本的新型銀柵線的新技術(shù)和新材料是全球具有挑戰(zhàn)性的研發(fā)創(chuàng)新課題。

近日，北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授課題組將提高硅太陽能電池效率的機(jī)理研究及開發(fā)新型銀柵線的新技術(shù)和新材料作為重要的研究方向，并作為所承擔(dān)的廣東省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)重大項(xiàng)目的核心任務(wù)之一。在提高硅太陽能電池效率的機(jī)理方面，研究團(tuán)隊(duì)是國際上首次利用原子力顯微鏡的開爾文探針(Kelvinprobeforcemicroscope,KPFM)對晶體硅太陽能電池不同界面之間的表面電勢進(jìn)行探測，發(fā)現(xiàn)了不同界面之間的表面電勢變化與晶體硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率之間的關(guān)系。這一發(fā)現(xiàn)使得團(tuán)隊(duì)對晶體硅太陽能電池的工作原理有了更深刻的認(rèn)識，對改善晶體硅太陽能電池性能、提升太陽能轉(zhuǎn)換效率提供了重要的理論依據(jù)。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在國際能源材料領(lǐng)域頂級期刊NanoEnergy(NanoEnergy36(2017)303-312，影響因子IF=11.6)。該工作由潘鋒教授指導(dǎo)，2014級碩士生陳勇吉和博士后張明建共同完成。

樣品制備以及開爾文探針力顯微鏡工作示意圖

不同界面之間表面電勢變化

玻璃粉作為制備硅太陽能電池銀漿材料的重要成分，在其中起著刻蝕減反層氮化硅的作用，玻璃粉的成分直接關(guān)系著電池性能的好壞，傳統(tǒng)含鉛玻璃粉在高溫?zé)Y(jié)過程中，首先氧化鉛與氮化硅發(fā)生刻蝕反應(yīng)，隨著溫度進(jìn)一步升高，柵線中的銀開始氧化溶解到玻璃熔體中進(jìn)一步與氮化硅反應(yīng)，反應(yīng)還原出大量納米顆粒在銀/硅界面的玻璃層中。銀納米顆粒的密集程度直接影響著電池的性能。為了改善銀/硅接觸，使得在界面玻璃層中能夠得到更加密集的銀納米顆粒，新型玻璃粉的開發(fā)顯得尤為重要。近日，潘鋒教授課題組在玻璃粉的研制方面取得了重要進(jìn)展，開發(fā)取得了一種新型的摻銀玻璃粉，形成了中國在這個(gè)領(lǐng)域的自主的知識產(chǎn)權(quán)。該玻璃粉與傳統(tǒng)玻璃粉相比有著更加低的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)，有利于晶體硅電池的低溫燒結(jié);同時(shí)利用摻銀玻璃粉，有著更加密集的銀納米顆粒在銀/硅界面玻璃層中，使得電池的接觸電阻大幅減小，效率進(jìn)一步得到提升。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在國際著名期刊ChemicalCommunications(NatureIndex的雜志之一，影響因子IF=6.567)發(fā)表(DOI：10.1039/C7CC02838E)，并申請了相關(guān)的發(fā)明專利。該工作由潘鋒教授指導(dǎo)，2014級碩士研究生袁升完成。

傳統(tǒng)玻璃粉與新型摻銀玻璃粉在晶體硅電池?zé)Y(jié)過程中的示意圖

該工作得到了廣東省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、深圳孔雀計(jì)劃等專項(xiàng)基金的共同支持。