一種新的鈣鈦礦-晶硅疊層太陽能電池開發(fā)

導(dǎo)讀

研究人員開發(fā)了一種新的鈣鈦礦-晶硅疊層太陽能電池，該種設(shè)計(jì)使用了一種禁帶寬度為1.67 eV的頂層鈣鈦礦電池和一種基于咔唑的新型自組裝單層（SAM）。與沒有自組裝單層的電池結(jié)構(gòu)相比，疊層電池實(shí)現(xiàn)了更高的效率，并通過了IEC 61215標(biāo)準(zhǔn)熱循環(huán)測試。

澳大利亞悉尼大學(xué)、新南威爾士大學(xué)、麥考瑞大學(xué)、德國Forschungszentrum jlich大學(xué)、中國南方科技大學(xué)和斯洛文尼亞盧布爾雅那大學(xué)的研究人員利用帶隙為1.67 eV的頂層鈣鈦礦電池和基于咔唑的自組裝單層，開發(fā)了一種鈣鈦礦-硅太陽能電池設(shè)計(jì)。頂電池的能量帶隙為1.67 eV，這是迄今為止該類型電池所達(dá)到的最高帶隙之一。

作為疊層電池的頂部電池，其必須具有高能量帶隙以實(shí)現(xiàn)輸出電流的匹配。然而，由于鈣鈦礦和電荷選擇層之間的非輻射復(fù)合和能量錯(cuò)位，這些頂電池存在更高的帶隙-電壓偏移現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題，研究人員利用了一種基于咔唑的自組裝單層(SAM)作為一種有效的空穴選擇層(HSL)。SAM 過去常被用于太陽能電池實(shí)驗(yàn)，通常是在加工過程中加入分子膠，以顯著提高光吸收過氧化物層和電子傳輸層之間的附著力。

"SAM通常由一個(gè)錨定基團(tuán)、一個(gè)間隔基團(tuán)和一個(gè)末端基團(tuán)組成，"研究人員們解釋說，他們的單層也是基于膦酸（Ph-2PACz）和兩個(gè)苯環(huán)來創(chuàng)建一個(gè)擴(kuò)展共軛體系的。"基于咔唑的SAM-HSL之所以出現(xiàn)，是因?yàn)樗鼈兙哂锌煽康姆€(wěn)定性，與鈣鈦礦一致的能級，并且它們是'多電子'的，有利于空穴選擇性"。

硅-鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池示意圖

圖片來源:悉尼大學(xué)

頂部鈣鈦礦電池由氧化銦錫(ITO)襯底、SAM、鈣鈦礦吸收層、巴克敏斯特富勒烯(C60)電子傳輸層、酞菁(BCP)緩沖層和銅(Cu)金屬觸點(diǎn)制成。其功率轉(zhuǎn)換效率為21.3%，開路電壓為1.26 V，短路密度為20.5 mA/cm2，填充系數(shù)為82.6%。

"在所有記錄的1.67eV的鈣鈦礦電池當(dāng)中，帶隙-電壓偏移0.41 V都是最低的數(shù)值之一。"該團(tuán)隊(duì)說。

頂電池的存在使得面積為1.03 cm2的鈣鈦礦-晶硅疊層太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了28.9%，開路電壓達(dá)到1.91 V。

研究小組進(jìn)一步指出："基于 Ph-2PACz 的疊層電池顯示出更強(qiáng)的濕熱耐久性，在經(jīng)過 280 小時(shí)的濕熱后，性能損失可以忽略不計(jì)。"值得注意的是，基于 Ph-2PACz 的封裝疊層電池在 200 次熱循環(huán)后仍保持了 98.8% 的初始效率，通過了 IEC 61215 光伏模塊標(biāo)準(zhǔn)。

審核編輯：劉清