最新Science：陰離子工程寬帶隙鈣鈦礦可實現高效、穩定的硅串聯電池

木文韜 3年前 (2020-04-10) 12691瀏覽

【引言】

鈣鈦礦光伏（PV）技術已取得實質性進展，目前單結器件的創紀錄效率達到> 25％。商業化這些器件最有希望的策略之一是將鈣鈦礦頂部電池與Si底部電池串聯使用，以達到超出單結器件的Shockley-Queisser極限的超高效率。大多數研究鈣鈦礦/Si串聯太陽能電池都采用鈣鈦礦吸收劑，其常規帶隙為1.5至1.6 eV，但串聯配置的理想帶隙為頂部電池約為1.67至1.75 eV，底部電池約為1.12 eV。盡管某些已報道的鈣鈦礦/Si串聯裝置使用了寬帶隙鈣鈦礦（接近1.7 eV），但據報道功率轉換效率（PCE）≤25％。鈣鈦礦的帶隙可以通過用溴或氯（部分）替代碘陰離子來調節。但是，用大于約20％的Br代替I，這是將帶隙擴大至?1.7 eV所必需的，通過相分離形成富I和富Br結構，導致在光照下的穩定性問題。一種穩定鈣鈦礦的方法是創建二維（2D）相，其中[PbX₆]^-2八面體薄片被過量的用作鈍化劑的長鏈（或芳族）分子隔開。常見的基于長鏈或芳香族分子的2D添加劑包括碘化正丁基銨（n-BAI）和碘化苯乙銨（PEAI）。由這些2D添加劑引起的鈍化層的形成提高了效率，特別是開路電壓（VOC）。然而，由于2D形成分子的電絕緣特性，其過量摻入通常會降低填充因子（FF）。因此，在前體溶液中添加2D分子的濃度已被限制為?1mol％。

【成果簡介】

今日，在韓國首爾國立大學Jin Young Kim, Kai Zhu、美國國家可再生能源實驗室、韓國世宗大學Dong Hoe Kim和韓國高等科學技術院Byungha Shin團隊等人（共同通訊作者）帶領下，與韓國延世大學、韓國建國大學、美國加州大學和美國卡夫利納米科學研究所合作，與美國西北大學、美國科羅拉多大學博爾德分校合作，開發了一種穩定的鈣鈦礦型太陽能電池，其帶隙約為1.7電子伏特，在連續照明1000小時后，其初始PCE保持在20.7%的80%以上。苯乙銨基二維（2D）添加劑的陰離子工程對于控制基于碘化鉛骨架的2D鈍化層的結構和電學性能至關重要。單片雙端寬帶隙鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池具有26.7％的高PCE，其是通過頂部和底部電池的光譜響應的理想組合而實現的。相關成果以題為“Efficient, stable silicon tandem cells enabled by anion-engineered wide-bandgap perovskites”發表在了Science。