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。
南京大學和多倫多大學的研究人員最近開發(fā)了新型無機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，涉及在細胞內(nèi)的有機傳輸層和無機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錄，并已被列入'太陽能電池效率表'，”進行這項研究的研究人員之一Hairen Tan告訴Tech Xplore。
“然而，使用混合有機無機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(MPP)下運行600小時。因此，實現(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組成的全無機鈣鈦礦3-x溴x已經(jīng)發(fā)現(xiàn)比結(jié)合有機和無機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帶最小值，”Tan說。“鈣鈦礦/電子傳輸層界面處的大導帶偏移(ΔEc ~ 0.7 eV)(C60)不僅嚴重阻礙電荷提取并導致大開路電壓(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鈣鈦礦與C之間的結(jié)合強度60聯(lián)系人。
Tan和他的同事引入的子電池設(shè)計最獨特的特征是團隊在有機和無機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胞中的有機和無機鈣鈦礦。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寬帶隙鈣鈦礦子電池的研究，實現(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補充道。“要實現(xiàn)超過30%的PCE，將需要改進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，這可以通過進一步抑制本體和表面復合來獲得。計算和實驗的結(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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