新型高效穩(wěn)定的無機(jī)寬帶隙鈣鈦礦亞電池

全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池是由具有不同能帶隙的鈣鈦礦形成的p-n結(jié)堆棧，有可能實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)單結(jié)太陽能電池更高的效率。然而，到目前為止，大多數(shù)提出的全鈣鈦礦串聯(lián)電池尚未達(dá)到所需的功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)，這通常是由于與創(chuàng)建合適的窄帶和寬帶隙子電池相關(guān)的困難。

南京大學(xué)和多倫多大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了新型無機(jī)寬帶隙鈣鈦礦亞電池，可以增加這些有前途的太陽能電池的PCE和穩(wěn)定性。他們的設(shè)計在Nature Energy的一篇論文中介紹，涉及在細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)傳輸層和無機(jī)鈣鈦礦之間的界面處插入鈍化偶極子層。

“我們的研究小組一直專注于改進(jìn)全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池的PCE，這些電池已多次打破世界紀(jì)錄，并已被列入'太陽能電池效率表'，”進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一Hairen Tan告訴Tech Xplore。

“然而，使用混合有機(jī)無機(jī)寬帶隙鈣鈦礦制造的高效串聯(lián)太陽能電池迄今為止僅保持其初始PCE的90%，在其最大功率點(diǎn)(MPP)下運(yùn)行600小時。因此，實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定性已成為全鈣鈦礦疊層太陽能電池商業(yè)化的關(guān)鍵問題。

由CsPbI組成的全無機(jī)鈣鈦礦3-x溴x已經(jīng)發(fā)現(xiàn)比結(jié)合有機(jī)和無機(jī)鈣鈦礦的混合材料表現(xiàn)出更好的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性。因此，作為他們最近研究的一部分，Tan和他的同事試圖使用這些材料來制造具有更好長期運(yùn)行穩(wěn)定性的全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池。具體來說，他們使用了CsPbI3-x溴x鈣鈦礦用于創(chuàng)建無機(jī)寬帶隙亞電池，該亞電池可以集成到全鈣鈦礦串聯(lián)電池中。

“無機(jī)寬帶隙鈣鈦礦通常具有高于具有相同帶隙的等效混合鈣鈦礦的導(dǎo)帶最小值，”Tan說。“鈣鈦礦/電子傳輸層界面處的大導(dǎo)帶偏移(ΔEc ~ 0.7 eV)(C60)不僅嚴(yán)重阻礙電荷提取并導(dǎo)致大開路電壓(V超頻)損耗，也會觸發(fā)正向和反向J-V曲線的滯后。為了解決這個問題，我們在鈣鈦礦/ C上引入了具有高分子極性(CF3-PEA)的偶極層60界面以重新配置界面狀態(tài)，從而改善帶狀排列并提高無機(jī)鈣鈦礦與C之間的結(jié)合強(qiáng)度60聯(lián)系人。

Tan和他的同事引入的子電池設(shè)計最獨(dú)特的特征是團(tuán)隊(duì)在有機(jī)和無機(jī)材料之間引入的偶極層。該層最終有助于克服與全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池中的界面轉(zhuǎn)移相關(guān)的常見問題。

這種轉(zhuǎn)移對細(xì)胞的穩(wěn)定功能至關(guān)重要，通常受到PEA鈍化劑的抑制，PEA鈍化劑通常用于連接細(xì)胞中的有機(jī)和無機(jī)鈣鈦礦。另一方面，研究人員引入的高極性偶極子CF3-PEA層不抑制界面轉(zhuǎn)移，顯著改善細(xì)胞的整體PCE。

“我們是第一個在全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池中使用無機(jī)寬帶隙鈣鈦礦子電池的研究，實(shí)現(xiàn)了高效率和長期穩(wěn)定性，”Tan說。“這使得全鈣鈦礦疊層太陽能電池的商業(yè)化更有希望，這對光伏產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

使用他們提出的設(shè)計策略，研究人員創(chuàng)建了寬帶隙電池，顯示出18.5%的PCE非常有前途。然后，他們使用這種寬帶隙子電池開發(fā)了全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池，其PCE為25.6%。

值得注意的是，Tan和他的同事發(fā)現(xiàn)，在陽光下模擬操作1小時后，這些細(xì)胞保留了其初始性能的000%。因此，在未來，他們的設(shè)計可以為制造更高效，更可靠的全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池提供信息，這些電池可以在更長的時間內(nèi)保持其性能和穩(wěn)定性。

“無機(jī)寬帶隙鈣鈦礦使全鈣鈦礦串聯(lián)的工作穩(wěn)定性有了顯著提高;然而，要增加全鈣鈦礦串聯(lián)器件的PCE，仍有工作要做，“Tan補(bǔ)充道。“要實(shí)現(xiàn)超過30%的PCE，將需要改進(jìn)V超頻將本文報道的寬帶隙前亞電池從1.23 V提高到大于1.4 V，這可以通過進(jìn)一步抑制本體和表面復(fù)合來獲得。計算和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合為未來高效鈍化器的合理設(shè)計提供了一個有希望的方向。

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