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《以csbr改性介孔TiO2珠为电子选择性接触，提高钙钛矿太阳能电池的效率》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2017-12-28

  • 快速提取光产生的电荷载体对于实现高效率的钙钛矿太阳能电池至关重要。本文介绍了一种新型的介观结构，作为PSCs的电子选择性接触器，介绍了一种纳米直径为纳米直径的纳米二氧化钛珠。固有的双峰孔隙分布这些电影产生一个非常大的接触面积200平方米g−1钙钛矿其访问的光吸收器是通过粒子之间的间隙空间。CsBr对TiO2表面的改性进一步加强了其与钙钛矿的相互作用。结果，光产生的电子被快速地提取出来，产生一个非常高的填充因子，接近80%的有机化合物，即1.14 V的VOC，而PCE则高达21%，可以忽略不计。

    ——文章发布于2017年12月20日

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  • 《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。”
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  • 《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.
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