Advanced Materials:双面钙钛矿太阳能电池——效率和稳定性共同提升

双面太阳能电池对比传统单面采光器件,在不显著增加制造成本的情况下具有达到更高的单位面积输出功率的潜力。然而,对于传统的无机薄膜太阳能电池来说,受限于较短的载流子寿命和高的背表面复合率,实施高效的双面电池非常困难。金属卤化物钙钛矿光伏术的发展为实现高效双面薄膜太阳能电池创造了黄金机会,这主要归功于钙钛矿材料具有出色的光电性能和独特的器件物理特性。更重要的是,透明导电氧化物背电极的使用可以有效防止卤化物离子对电极的腐蚀,减轻钙钛矿器件的一个主要不稳定性问题。

鉴于此,美国托莱多大学(University of Toledo)由鄢炎发(Yanfa Yan)教授、宋肇宁(Zhaoning Song)助理研究教授领导的团队于AM发表了关于双面钙钛矿太阳能电池—效率和稳定性双升的前景展望。该文章首先概述了双面光伏器件的基础理论和测量方法,并论述了关于双面钙钛矿太阳能电池的各项优点,包括较高的输出功率、增强的器件稳定性,以及较低的经济和环境成本。还就双面钙钛矿太阳能电池的局限性和挑战做了归纳总结。最后,提出将双面太阳能电池作为钙钛矿光伏作为主流太阳能发电和建筑一体化光伏的可行的商业化途径,并展望了未来的研究方向。

图1总结了钙钛矿材料的光电特性和双面钙钛矿电池的优势。

【图1】

图2 列举了双面电池常用的测量表征方法。

【图2】

图3 给出了双面电池电路模型和在不同背光条件下的转化效率极限及伏安特性曲线和参数。

【图3】

图4 比较了晶硅、碲化镉薄膜、和钙钛矿薄膜的正反双面光电转化外量子效率的不同和原因。

【图4】

图5 比较了不同地面反光材料对双面光伏电池的影响并给出双面电池实际应用的例子。

【图5】

图6 总结了钙钛矿材料重要的光电学特性,包括直接带隙,高吸收率,高迁移率,缺陷包容,低符合率,长的载流子寿命。

【图6】

图7 模拟了单面及双面钙钛矿电池中的光生载流子分布。

【图7】

图8 讨论了钙钛矿材料适合用于双面电池的原因,包括较长的载流子寿命,长的迁移率,低缺陷密度,和较低的被表面复合速率。

【图8】

图9 给出了双面钙钛矿电池结构多样性的一些实例,包含n-i-p和p-i-n的电池结构。

【图9】

图10 总结了透明导电金属氧化物(TCO)背电极在期间稳定性方面的优势。

【图10】

图11 举例说明了双面钙钛矿电池可能的应用场景,包含高效的光伏电站,半透明的光伏建筑一体化,和叠层电池的应用。

【图11】

图12 总结双面钙钛矿太阳能电池目前的局限性,和电池模组设计方面存在的挑战。

【图12】

论文信息:

Perovskite Solar Cells Go Bifacial—Mutual Benefits for Efficiency and Durability

Zhaoning Song*, Chongwen Li, Lei Chen, Yanfa Yan*

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202106805

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202106805