Small Methods:钙钛矿叠层太阳电池的中间连接结构

在过去十年中,有机无机杂化钙钛矿材料因其优异的光电特性、低成本的制备方法,引起广泛研究关注并在光电器件中得到快速发展和应用。特别是在太阳电池的应用中,单结钙钛矿电池的最高认证效率已经达到25.2%,非常接近于单晶硅太阳电池的最高效率,这使得钙钛矿电池有潜力在不久的将来可以得到实际应用。然而,单结太阳电池的能量转化效率最终受到肖克利-奎伊瑟极限的限制。为进一步提升钙钛矿太阳电池的效率和降低其制备成本,基于钙钛矿材料的两端叠层太阳电池越来越引起研究重视,这为未来钙钛矿电池的实际应用提供了一个行之有效的路线。在当前钙钛矿两端叠层电池的研究中,一个关键挑战是中间连接结构的设计和优化。为确保最终叠层电池拥有优良的性能,该中间连接结构需要同时满足电学、光学和化学性质的要求:1)良好的电学性质以实现载流子提取、传输和中间层内的复合;2)良好的光学性能以减低寄生吸收和反射损失;3)优异的化学稳定性以保护钙钛矿薄膜防止溶剂的破坏。针对钙钛矿叠层电池中间连接结构的专门研究和系统论述在当前的研究中还比较少,然而这一问题对钙钛矿叠层电池的发展至关重要。

近期,香港大学电机电子工程系蔡植豪教授团队在Small Methods发表了题为“Efficient Interconnection in Perovskite Tandem Solar Cells”(DOI: 10.1002/smtd.202000093)的综述文章。该文章首先详细介绍了中间连接结构在两端叠层电池中的重要作用、其性能对叠层太阳电池的制约以及当前研究中存在的挑战。然后,该文章回顾了当前钙钛矿-钙钛矿、钙钛矿-聚合物以及钙钛矿-无机叠层太阳电池器件中,中间连接结构的不同性质要求和发展现状。其中,钙钛矿-钙钛矿叠层电池对中间连接层有非常严格的要求,尤其是对于溶液法制备的钙钛矿薄膜,需要中间层具有极好的溶剂保护作用以防止上层钙钛矿溶剂对下层钙钛矿薄膜的破坏。最后,基于材料选择、性能优化和结构设计,该综述文章对未来中间连接结构的研究和发展进行了展望,启发未来可能的研究方向。本文第一作者为香港大学李灿博士。