《光辅助两步法制备高效钙钛矿太阳能电池》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2020-12-21
  • 实现高性能钙钛矿太阳能电池(PSC)的最有效方法之一是采用添加剂作为结晶剂或钝化缺陷。三碘化物离子是一种有效的添加剂,可改善钙钛矿薄膜的结晶度,晶粒尺寸和形貌。但是,这种三碘离子的产生和控制具有挑战性。

    韩国化学技术研究所Seong Sik Shin和成均馆大学Hyun Suk Jung等人开发了一种有效的方法,该方法使用光辅助工艺在前体溶液中生产三碘离子,并将其应用于PSC。

    结果表明,当碘化甲脒(FAI)溶解的异丙醇(IPA)溶液暴露于LED光线下时,三碘化物离子可以快速合成。特别是,光辅助FAI-IPA解决方案有助于形成具有高结晶度,大晶粒尺寸和低陷阱密度的钙钛矿薄膜,从而将器件性能提高了22%。

    这项研究表明,在FAI溶解的IPA溶液中进行光辅助工艺可以成为制造高效PSC的替代策略,同时大大减少了加工时间。

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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-04-01
    • 黄维院士团队的陈永华教授课题组报道了一种新颖的室温熔融盐溶剂(醋酸甲胺)空气中一步法制备钙钛矿薄膜并获得了高效稳定的钙钛矿太阳能电池的方法,相关成果以题为Room-Temperature Molten Salt for Facile Fabrication of Efficient and Stable Perovskite Solar Cells in Ambient Air发表在国际著名期刊Cell的姊妹期刊Chem上。工作的亮点如下: 1. 醋酸甲胺溶剂具有无毒、可忽略的蒸汽压、性质稳定等特点。 2. 大气中制备钙钛矿薄膜,不受空气中温度和湿度影响。薄膜在30%-80%的相对湿度下,表现出极好的重复性,相应的器件效率几乎没有变化。 3. 一步法无需反溶剂,简单易操作。目前所有高效的器件均采用反溶剂方法,反溶剂法要求极高的操作水平,而且同一实验,每一批次、不同课题组、不同实验人员的差别非常大,可操作性低。 4. 适用于多种钙钛矿体系及不同器件结构。PbI2+MAI,PbI2+MACl,PbI2+MABr,PbBr2+MAI等体系的钙钛矿;除了正置结构,也制备了倒置结构的电池,性能表现优异,是一种普适性的溶剂和试验方法。 5. 效率高,薄膜和器件稳定性好。MAPbI3体系下获得了超过20%的效率,薄膜在空气中、湿度在60%以上的环境中放置3000多小时没有任何变化。器件在暗态和光照下经过1000小时衰减很小,表现出极好的稳定性。 此项工作对于钙钛矿光伏器件在空气中大批量生产具有里程碑意义。
  • 《Science:31.25%效率的钙钛矿/硅双结太阳能电池的界面钝化》

    • 来源专题:先进材料
    • 编译者:李丹
    • 发布时间:2023-11-12
    • 来自材料牛 导读 通过最大化每单位面积产生的电力,可以加快光伏(PV)的部署,因为现在PV系统的成本分布主要由系统平衡组件(如安装系统、布线、人力和逆变器)主导,而不是PV面板的成本。这种系统平衡成本与安装面积大致成比例,并且有利于具有高功率与面板面积比的PV技术。然而,结晶硅(C-Si)太阳能电池的最高功率转换效率(PCE)为26.8%,接近理论极限29.5%。在太阳照射条件下,克服这种PCE限制的唯一经验证方法是将几种互补的光活性材料(即多个结)组合在一个单一器件中(3)。在迄今为止报道的不同类型的多结设计中,c-Si与金属卤化物钙钛矿的组合在串联太阳能电池中一直是研究的焦点,因为它具有高PCE和低制造成本的潜力。 金属卤化物钙钛矿结合了多种关键特性,适用于有效的多结光伏,包括高吸收系数和尖锐的吸收边缘,具有长扩散长度的双极电荷传输,以及可调的组成能隙(Eg)。薄膜钙钛矿太阳能电池可以直接沉积在c-Si电池的正面,以降低热化损失并将可实现的PCE范围扩展到>30%。单片两端串联结构的性能潜力通过报告的在1平方厘米照射面积上高达33.7%的PCE得到了证明。迄今为止报告的大多数高效串联电池使用一个Si晶片,其前表面经过机械或化学抛光,或者具有比钙钛矿层厚度更小的适应性亚微米纹理(通常为500纳米至1毫米)。这种平面或纳米纹理的正面拓扑结构——通常通过蚀刻PV行业中常用的制备成几微米高度的金字塔——使得可以使用标准的溶液在基体上面沉积无针孔的钙钛矿薄膜。然而,这种修改以光学性能为代价,因为串联电池的正面是平坦的,并且当使用亚微米级的Si纹理时,因为非均匀性的溶液处理的使钙钛矿膜平坦化。因此,由于缺乏反弹效应,这些电池设计在串联的正极处呈现了更多的反射损失。总的来说,串联器件的正面具有金字塔纹理可以限制反射损失,因为它可以吸收邻近金字塔反射的光线,而Si晶片两侧都具有纹理则可以提高对红外光的吸收能力。 我们先前报道了一种混合的两步沉积方法,将热蒸发和旋转涂相结合,以使钙钛矿层覆盖在微米级Si金字塔上,从而在后表面和前表面都具有纹理的钙钛矿/c-Si串联电池中进行了覆盖。尽管这些串联电池由于前面的金字塔纹理而具有较高的光电流,但非辐射复合损失相当大。其中一个挑战是迄今为止大多数报告的顶表面钝化方法不能直接适用于微米级纹理,因为它们涉及从液体溶液中沉积纳米级有机层。并且,这些加工路线通常在这种表面纹理上产生非均匀(不完全)的涂层。 成果掠影 鉴于此,洛桑联邦理工学院微电子研究所Xin Yu Chin在之前的工作基础上,利用磷酸化合物在两个不同的角色中来钝化界面缺陷,设计了一种串联器件,将钙钛矿层覆盖在具有微米级金字塔纹理的硅底部电池上,以提高光电流。在处理序列中使用添加剂,调节钙钛矿的结晶过程,并减轻发生在钙钛矿顶部与电子选择性接触(富勒烯C60)之间的复合损失。我们展示了一个有效面积为1.17平方厘米的器件,实现了31.25%的认证功率转换效率。相关研究成果以“Interface passivation for 31.25%-efficient perovskite/silicon tandem solar cells”为题,发表在顶级期刊《Science》上。 核心创新点 本文的核心创新点是通过在钙钛矿/C-Si太阳能电池中采用具有微米级纹理的硅片、优化钙钛矿沉积过程并使用磷酸基团进行界面钝化,成功减轻了非辐射复合损失,实现了高达31.25%的电池转换效率。 成果启示 本文确定并减轻了发生在具有微米级纹理的硅片的钙钛矿/c-Si串联电池界面的非辐射复合损失,这是c-Si光伏中使用的工业标准。使用Me-4PACz减少了钙钛矿/HTL界面的电压损失,而在钙钛矿沉积序列中加入FBPAc减少了钙钛矿/C60 ETL界面的电压损失,并导致具有较大结晶领域的更有利的钙钛矿微观结构。通过XPS和SIMS成像,可以看到FBPAc存在于钙钛矿顶部表面,并通过其磷酸基团与钙钛矿中的铅缺陷发生配位作用。总的来说,将具有微米级纹理的c-Si、使用混合的两步法在此纹理上均匀沉积的1毫米厚钙钛矿吸收层以及吸收层两侧的磷酸基团结合起来,以改善界面钝化效果,实现了一个独立认证的31.25% PCE的串联电池。这些结果表明,如何将具有标准工业微米级纹理的c-Si太阳能电池升级,以将其PCE提高到>30%。 原文详情: 原文详情:Xin Yu Chin et al. Interface passivation for 31.25%-efficient perovskite/silicon tandem solar cells.Science381,59-63(2023).DOI:10.1126/science.adg0091.