《新型钙钛矿太阳能电池:转换率18.1%》

  • 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:2018-10-30
  • 钙钛矿太阳能电池在近日又获得了新的研究进展。南京工业大学海外人才缓冲基地(先进材料研究院)黄维院士、王建浦教授团队利用3溴苯甲胺制备了高结晶性、低缺陷的准二维钙钛矿薄膜。 据了解,该薄膜上层是高度取向生长的三维钙钛矿组分,其较小的带隙和低的激子束缚能可实现低能太阳光子利用和高效电荷分离。薄膜底部是竖直生长的宽带隙钙钛矿组分,有利于实现高效的电荷传输。基于这种独特结构的钙钛矿薄膜,实现了功率转换效率达18.2%的准二维钙钛矿太阳电池。未封装器件在40%相对湿度的大气环境下老化2400小时,效率仍保持初始值的82%。 更重要的是,将未封装器件浸入水中60秒,其参数几乎没有变化,展现出优异的水稳定性。此外,该器件也能作为发光二极管很好的工作,外量子效率可达3.85%。在大气环境下,未封装器件在200 mA cm-2大电流密度下寿命达96小时,刷新了钙钛矿发光二极管稳定性的世界纪录。 该研究表明,基于3溴苯甲胺的准二维钙钛矿材料有望实现高效稳定的钙钛矿光电器件,而精确调控钙钛矿薄膜生长是实现这一目标的关键因素之一。 本文封面图来源于图虫创意 .

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    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2022-04-15
    • 近日,德国的一个研究小组开发了一种串联太阳能电池,其光电转换效率达到了 24%。据悉,这创下了一个新的世界纪录,即使用有机和过氧化物基吸收剂的组合达到的最高效率。 传统的太阳能电池技术主要基于半导体硅,现在被认为是 " 已经达到性能极限 " 了。因此,开发新的太阳能技术,为能源转型做出决定性贡献,这一点非常重要。 在新研究中,科学家结合了两种替代吸收材料。他们使用了有机半导体,这是一种在特定条件下可以导电的碳基化合物。然后与基于铅卤化合物的钙钛矿搭配,它们具有优异的半导体性能。 由于阳光由不同的光谱成分(即颜色)组成,因此高效的太阳能电池必须将尽可能多的阳光转化为电能。这可以通过所谓的串联电池来实现,其中不同的半导体材料组合在太阳能电池中,每种材料吸收不同范围的太阳光谱。在目前的研究中,有机半导体用于光的紫外和可见光部分,而钙钛矿可以有效地吸收近红外光。过去已经探索过类似的材料组合,但现在研究团队成功地提高了它们的性能。 在项目开始时,世界上最好的钙钛矿 / 有机串联电池的效率约为 20%。在伍珀塔尔大学的领导下,科隆研究人员与其他项目合作伙伴一起将这一效率提高到了前所未有的 24%。 科隆大学 Selina Olthof 博士说:" 为了实现如此高的转化效率,必须将太阳能电池内材料之间的界面损失降到最低。为了解决这个问题,我们开发了一种所谓的互连体,将有机子电池和钙钛矿子电池以电子和光学方式耦合起来。" 作为互连,一层薄薄的氧化铟被集成到太阳能电池中,其厚度仅为 1.5 纳米,以尽可能降低损耗。科隆的研究人员在评估界面和互连的电气特性方面发挥了关键作用,以确定损耗过程并进一步优化组件。伍珀塔尔小组的模拟结果表明,未来可以通过这种方法实现效率超过 30% 的串联电池。 该研究论文题为 "Perovskite – organic tandem solar cells with indium oxide interconnect",已发表在《自然》期刊上。
  • 《钙钛矿太阳能电池:无需完美!》

    • 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:2018-01-22
    • 用于太阳能电池的金属有机钙钛矿层通常使用旋涂技术在工业相关的小型基材上制造。这些钙钛矿层通常多孔,但能量转换效率却非常高。这些孔为什么不会导致正面和背面接触之间明显短路呢?原因已经找到了! 钙钛矿太阳能电池的简化剖面图:钙钛矿层并没有覆盖整个表面,而是存在空穴。科学家们证明这种结构建立了一个防止短路的保护层 早期的金属有机钙钛矿的效率水平只有百分之几(2006年为2.2%)。然而现在的水平远高于22%。比目前商业上主导的硅太阳能电池技术的转化效率提高了近50年。由低成本金属-有机钙钛矿制成的薄膜可以通过旋涂和随后的烘焙(由此溶剂蒸发并且材料结晶)而大规模生产,这使得该技术更具吸引力。 钙钛矿薄膜上的孔 尽管如此,在致密基底上旋涂产生的薄钙钛矿薄膜通常不是完美的,而是出现了许多孔洞,由亨利·斯奈斯教授领导制成的开创性钙钛矿组样品也出现了这些孔洞。问题在于这些孔可能导致太阳能电池的相邻层接触而导致太阳能电池短路,这将会大大降低效率水平,但却并没有被观察到。 生长出薄层 现在MarcusBär和他的小组以及Fritz Haber研究所的Spectro-Microscopy小组仔细检查了Henry Snaith的样品,他们利用扫描电子显微镜绘制了钙钛矿层的表面形貌,随后使用BESSY II的分光谱方法分析了样品出现孔洞区域的化学成分。博士生Claudia Hartmann解释说:“我们能够确定,即使是在孔洞中,基板也没有被完全暴露出来,而是通过沉积和结晶过程形成了薄层,这有效防止了短路。” 防止短路 科学家们一致能够确定的事,相较于接触层的直接接触的情况,电池的电荷载体必须克服的巨大的能量势垒才能彼此重新结合。Bär表示:“尽管钙钛矿薄膜有许多孔,电子传输层(TiO2)和正电荷载体传输材料(Spiro MeOTAD)实际上并不直接接触,而且接触层之间的复合屏障足够高,以致这些太阳能电池的实际损耗很小。”