1. Angew:超28%效率!全鈣鈦礦疊層電池
將寬帶隙(WBG)和窄帶隙(NBG)鈣鈦礦與互連層(ICL)相結合構建單片全鈣鈦礦串聯太陽能電池是實現高功率轉換效率(PCE)的有效方法。然而,ICL 的光學損耗需要進一步降低,以充分發揮全鈣鈦礦串聯太陽能電池的潛力 。
南京大學林仁興、譚海仁等人采用咔唑基空穴選擇性分子(CH)錨定的金屬氧化物納米晶體層,其光學損耗低得多,被用來代替聚(3,4-乙撐二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT:PSS)作為空穴傳輸層(HTL) )用于鉛錫 (Pb-Sn) 鈣鈦礦子電池和全鈣鈦礦串聯太陽能電池中的 ICL。
采用光學透明的氧化銦錫納米晶(ITO NC)層來增強CH的錨定,同時采用兩種CH的混合物來調節ITO NC的表面能級。優化的混合Pb-Sn NBG鈣鈦礦太陽能電池表現出23.2%的高PCE,以及33.5 mA cm-2的高短路電流密度 (Jsc)。全鈣鈦礦串聯太陽能電池進一步獲得了28.1%的高PCE,迄今為止最高的Jsc為16.7 mA cm-2。封裝串聯太陽能電池在1-Sun光照下以最大功率點 (MPP) 運行 500 小時后仍保持其參考點的 90%。
1.Nat. Commun.:效率超28%!全鈣鈦礦疊層太陽能電池
光誘導的鹵化物偏析限制了寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池和串聯電池的光伏性能和穩定性。通過溶液后處理實現混合二維/三維異質結構是提高鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性的典型策略。然而,由于表面重建的成分依賴性敏感性,傳統的溶液后處理對于不含甲基銨和富含銫/溴化物的寬帶隙 PSC 來說并不是最佳的。
為了解決這個問題,南京大學譚海仁等人開發了一種通用的三維到二維鈣鈦礦轉換方法,以實現寬帶隙鈣鈦礦層(1.78 eV)頂部更寬維度(n≥2)的優先生長。該技術涉及通過蒸汽輔助兩步工藝沉積清晰的 MAPbI3 薄層,然后將其轉化為二維結構。這種二維/三維異質結構能夠抑制光致鹵化物偏析,減少非輻射界面復合,并促進電荷提取。
寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池表現出19.6%的冠軍功率轉換效率和 1.32 V 的開路電壓。通過與熱穩定FAPb0.5Sn0.5I3窄帶隙鈣鈦礦集成,全鈣鈦礦串聯太陽能電池表現出在連續 1-sun 光照 855 小時后,PCE 穩定為 28.1%,并保留了 90% 的初始性能。
3. ACS Energy Lett.: 28.3%@1.05 cm2,鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池
采用混合蒸發溶液方法在工業織構硅上保形且可擴展地生長鈣鈦礦薄膜,有助于單片鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池的充分光利用和大規模商業化。然而,這種方法的功效受到從旋涂到刮刀涂布技術過渡期間反應不完全的阻礙,特別是涉及埋藏升華-PbI2。
南京大學譚海仁等人展示了與骨架熱處理(FHT)策略相結合的三源共蒸發(PbI2、PbCl2 和 CsBr)方法。這種無機骨架組成工程產生了準二維層狀結構CsPb2X5,擴大了無機層間距,有利于有機鹽溶液的滲透。因此,獲得了具有完全轉化的PbI2的高質量鈣鈦礦薄膜。
這一進步轉化為最好的串聯太陽能電池之一,其穩定效率為 28.3% (1.05 cm2)。值得注意的是,在環境空氣中1個太陽光照下運行超過1200小時后,封裝器件仍保留了94%的初始性能。
4. ACS Energy Lett.: 29.6%@1 cm2,鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池
寬禁帶(WBG)鈣鈦礦太陽能電池具有實現高效串聯太陽能電池的巨大潛力。然而,在鈣鈦礦/電荷傳輸層接觸界面(如C60)發生的非輻射復合和載流子輸運損失,對于在接近其理論效率極限方面存在重大障礙。
為了解決這個問題,南京大學譚海仁、Jin Wen和天合光能Jifan Gao等人通過順序界面工程(SIE)策略,首先沉積二碘化乙二胺(EDAI2),然后依次沉積4-氟-苯乙基氯化銨(4F-PEACl)。EDAI2作為修飾層,縮小鈣鈦礦層與C60層之間的導帶偏移,而4F-PEACl作為正偶極子層,進一步減少復合損失。這種連續的后處理協同消除了鈣鈦礦和C60界面之間的非輻射損失,而不影響電荷的提取。性能最好的WBG鈣鈦礦太陽能電池(1.67 eV)的功率轉換效率(PCE)為21.8%,開路電壓(Voc)為1.262 V。此外,通過集成具有亞微米金字塔結構的雙結構硅,獲得了1cm2的單片鈣鈦礦/硅串聯電池的穩定PCE為29.6%(認證PCE為29.0%)。
參考文獻:
//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202313374
//doi.org/10.1038/s41467-023-43016-5
//doi.org/10.1021/acsenergylett.3c02002
//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202308370