Small:制备相稳定的宽带隙钙钛矿用于四端钙钛矿/硅叠层电池,效率>30%!

1.研究背景:

目前在光伏市场上占据主导地位的单结硅太阳能电池正在接近其理论上的肖克利-奎瑟效率极限。由于原料丰富,易于加工,缺陷容忍度高和带隙可调等优点,有机无机杂化金属卤化物钙钛矿是硅基叠层器件中理想的顶电池吸收材料。通常,适用于四端硅基叠层太阳电池结构的钙钛矿需要较宽的带隙(1.7-1.8 eV)才能实现良好的光谱分配。但是宽带隙钙钛矿存在严重的开路电压损失,这主要是由于光照下的相分离和薄膜中较多的非辐射复合中心造成的。研究发现,钙钛矿前驱体溶液中的I极易被氧化成I2,导致所制备的钙钛矿薄膜中的深能级缺陷密度增加,从而恶化了宽带隙钙钛矿太阳能电池的性能和重复性。抑制卤素空位和缺陷调控以保持钙钛矿相稳定是开发高质量宽带隙钙钛矿电池的一项紧迫任务。

2.文章概述:

近日,由浙江大学杨德仁院士团队余学功教授研究组提出了一种低成本的高还原性钙钛矿前驱体添加剂(二乙基二硫代氨基甲酸铵),可显著提高宽带隙钙钛矿的相稳定性与其器件的开路电压。该方法基于控制源头的思想,利用其较强的还原性降低前驱体溶液中的有害的碘单质浓度,从而减少制备的钙钛矿薄膜中缺陷的形成,提高薄膜相稳定性和重复性。利用该添加剂,深能级缺陷的密度降低了一个数量级(从3.3 × 1016 至 3.8 × 1015 cm-3 eV-1)且离子迁移更加困难。同时实现了开路电压为1.24 V之高的半透明钙钛矿电池器件,效率为18.57 %。将其与硅异质结太阳能电池机械堆叠组合成的四端叠层器件效率突破了30%!

3.图文导读:

图1 对照组和实验组在光照60分钟和相对湿度为30%-60%环境下储存12天的荧光发光谱图。

图2 缺陷态密度表征。对照组和实验组的热导纳谱图以及通过阿伦尼乌斯拟合获得的缺陷激活能对比。

图3 a)半透明钙钛矿电池结构示意图。b)在玻璃衬底上不同厚度spiro的透过率。不同厚度钙钛矿制成的器件c)截面图及d)实物图。e)400nm钙钛矿半透明器件的透过率。

图4 a)钙钛矿顶电池以及硅底电池的外量子效率图。b) 钙钛矿硅基叠层电池效率图。c)近年来硅基四端叠层发展情况。

该项目研究获得国家自然科学基金(62025403, 61721005)、浙江省自然科学基金(LD22E020001)以及浙江省“尖兵”,“领雁”计划(2022C01215)等项目的资助,谨此感谢。

论文信息:

Phase-stable wide-bandgap perovskites for four-terminal perovskite/silicon tandem solar cells with over 30% efficiency

Yuxin Yao, Pengjie Hang, Biao Li, Zechen Hu, Chenxia Kan, Jiangsheng Xie, Ying Wang, Yiqiang Zhang, Deren Yang, Xuegong Yu*

Small

DOI: 10.1002/smll.202203319

原文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202203319