黄劲松课题组最新Nature photonics:缺陷工程助力钙钛矿-硅基叠层太阳能电池
发布时间：2022-08-22来源：
导读 单节钙钛矿太阳能电池目前认证的最高效率已到达25.6%，而叠层太阳能电池对于进一步提高钙钛矿太阳电池的效率和突破理论极限（Shockley-Queisser limit）被人们寄予厚望。叠层钙钛矿太阳能电池一般是将宽禁带钙钛矿太阳能电池（WBG）和成熟的比如硅、铜铟镓硒电池等组合起来，而于钙钛矿-硅叠层太阳能电池，效率只能达到25-26%，远低于基于双面纹理的钙钛矿-硅叠层太阳能电池，其原因是较低的开路电压（VOC）和填充因子（FF）。而对于叠层电池来说，如何在具有纹理的硅表面制备高质量的具有较长的载流子扩散长度，较低的辐射复合宽禁带钙钛矿薄膜一直以来都是个难题。此外，开压损失（VOC deficit）一般随着禁带宽度增加而增大，使得宽禁带钙钛矿太阳能电池的开压损失一直很高，抑制了整体的叠层效率。因此，如何提高提高薄膜质量，降低开压损失，成为提高宽禁带钙钛矿太阳能电池效率的关键因素。 成果掠影 最近，北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松课题组发表了相关性论文，发现了制约钙钛矿-硅叠层太阳能电池中的WBG太阳能电池性能是由于间隙碘引发的深层缺陷所导致。作者通过加入三溴化物离子抑制了间隙碘的形成进而减少了电流复合，从而在1微米的WBG太阳能电池中实现了83%的FF和21.9%的效率及开压损失低于0.4V，封装后的叠层太阳能电池在运行550h后仍能保持93%的效率。本文的第一作者为Guang Yang，通讯作者为黄劲松教授。相关文章以“Defect engineering in wide-bandgap perovskites for efficient perovskite–silicon tandem solar cells“发表在Nature Photonics上。 核心创新点 揭示了宽禁带钙钛矿开压损失的原因，通过加入三溴化物离子，刮涂法制备出了1mm厚的宽禁带钙钛矿活性层，并取得了较低的开压损失和较高的填充因子，并且该离子的加入抑制了相分离，叠层太阳能电池的稳定性得以大幅提升。 数据概览 图一：Cs0.1FA0.2MA0.7Pb(I1-xBrx)3电池中不同Br浓度的缺陷密度分布©2022 Springer Nature Limited 图二：宽带隙钙钛矿太阳能电池的光伏性能©2022 Springer Nature Limited 图三：宽带隙钙钛矿的光电性能的表征©2022 Springer Nature Limited 图四：钙钛矿-硅叠层太阳能电池的光伏性能及长时间稳定性测试©2022 Springer Nature Limited 成果启示 深层缺陷众所周知限制了宽禁带钙钛矿太阳能的电池的效率，而在宽禁带钙钛矿中添加三溴化物离子可以抑制缺陷的形成，降低非辐射复合和开压损失，提高载流子提取效率及寿命。因此，可以用于制备更厚（载流子扩散距离更长）的活性层并应用在具有纹理的硅电池上，为钙钛矿-硅叠层太阳能电池的商业化发展提供了思路。 原文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-022-01033-8
