【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近年來，鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池技術(shù)飛速發(fā)展，其效率已從13.7%發(fā)展到如今的33.2%，這得益于其更寬的太陽光譜吸收范圍和更高的開路電壓輸出值。因此，鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池被認(rèn)為是最有希望從根本上提高光電轉(zhuǎn)換效率并大幅降低太陽能發(fā)電成本的新型光伏技術(shù)。
然而，鈣鈦礦/硅疊層電池的不穩(wěn)定性，特別是鈣鈦礦頂電池的不穩(wěn)定性，仍然是限制其實(shí)際應(yīng)用的主要障礙之一，通常與鈣鈦礦薄膜內(nèi)部的殘余應(yīng)力密切相關(guān)。鈣鈦礦薄膜內(nèi)部殘余應(yīng)力的存在會(huì)顯著降低鈣鈦礦相變、缺陷形成和離子遷移的能壘，并最終加速鈣鈦礦的降解。因此，如何有效釋放鈣鈦礦薄膜內(nèi)部的殘余應(yīng)力并獲得高效穩(wěn)定的疊層器件成為關(guān)鍵。
近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬新能源所硅基太陽能及寬禁帶半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)在葉繼春研究員的帶領(lǐng)下，在前期晶體硅和鈣鈦礦太陽電池研究的基礎(chǔ)上(Adv. Sci. 2021, 8, 2003245; J. Mater. Chem. A 2021, 9, 12009; Energy Environ. Sci. 2021, 14, 6406; Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2110698; Nano Energy 2022, 100, 107529; Joule 2022, 6 , 2644; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 52223; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006; J. Mater. Chem. A, 2023,11, 6556; Nat. Commun. 2023, 14, 2166)，在高效鈣鈦礦/硅疊層電池領(lǐng)域取得了新的進(jìn)展。
該團(tuán)隊(duì)提出一種基于表面重構(gòu)的鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池，認(rèn)證效率達(dá)到29.3%(穩(wěn)態(tài)效率29.0%)，是目前報(bào)道的基于遂穿氧鈍化接觸(TOPCon)電池的最高效率之一。
在該工作中，研究人員將正丁基碘化胺(BAI)溶于二甲基甲酰胺(DMF)和異丙醇(IPA)的混合溶劑中，并用于表面后處理。這種方法不僅可以實(shí)現(xiàn)BA離子在鈣鈦礦表面全面的A位替換，還能促進(jìn)BA離子向鈣鈦礦薄膜內(nèi)部的深擴(kuò)散。在不影響薄膜質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦薄膜表面和內(nèi)部殘余應(yīng)力的同時(shí)釋放。經(jīng)過應(yīng)力釋放的薄膜表現(xiàn)出更少的缺陷態(tài)、更弱的離子遷移和更好的能級(jí)排列等優(yōu)點(diǎn)，制得的單結(jié)電池和疊層電池分別獲得21.8%和29.3%的效率，并展現(xiàn)出良好的熱、濕、光照和運(yùn)行穩(wěn)定性。該工作促進(jìn)了高效穩(wěn)定的鈣鈦礦基太陽電池應(yīng)變工程發(fā)展，并為未來的應(yīng)用和部署提供了參考。
相關(guān)成果以“Surface Reconstruction for Efficient and Stable Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells with Greatly Suppressed Residual Strain”為題發(fā)表于Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.202211962)上。2020級(jí)直博生李鑫為第一作者，應(yīng)智琴博士后、楊熹副研究員和葉繼春研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(Grant No. 62204245)和浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(Grant No. 2022C01215)等項(xiàng)目的支持。
基于鈣鈦礦表面重構(gòu)的兩端口鈣鈦礦/硅疊層太陽電池
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