Nature子刊:長載流子壽命低價帶混合錫鉛碘化鈣鈦礦用于全鈣鈦礦串聯太陽能電池

【引言】

在近幾年，有機無機金屬鹵化鈣鈦礦作為一種極具發展前景的光伏材料得到了全球研究人員的密切關注，經過這些年的發展，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率從最初的3.8%躍升至現如今的22.1%。若要想進一步提高鈣鈦礦太陽能電池的效率，研究人員曾提出一種理念，就是將單節太陽能電池變成串聯太陽能電池，這種太陽能電池是頂端的寬價帶電池和底端的底價帶電池串聯而成。鉛和錫鹵化鈣鈦礦電池具有優異的價帶可調性，非常適合應用于串聯太陽能電池中。

【成果簡介】

近日，美國托萊多大學Dewei Zhao教授和鄢炎發教授(共同通訊作者)在Nature Energy上發表了一篇題為“Low-bandgap mixed tin–lead iodide perovskite absorbers with long carrier lifetimes for all-perovskite tandem solar cells”的文章。文中，研究人員報道了一種高效混合鉛錫碘化鈣鈦礦太陽能電池，該電池價帶約為1.25 eV，開路電壓高至0.85 V，在700 nm至900 nm的紅外波段外量子效率超過70%，短路電流密度超過29 mA/cm²。研究人員所制成的最佳性能電池效率最大可達17.6%，認證效率為17.01%，回滯效應可忽略不計。當頂端鈣鈦礦電池價帶約為1.58 eV時，所制成的4串聯太陽能電池穩態效率最高為21.0%。

[致歉：很抱歉，小編未能找到通訊作者Dewei Zhao確切的中文名，在此表示誠摯的歉意！]

【圖文導讀】

圖1.電池器件結構示意圖及性能

(a)(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4鈣鈦礦太陽能電池的橫截面SEM圖，鈣鈦礦吸收層厚度為620 nm

(b)電池正反掃J-V曲線

(c)EQE譜圖和集成短路電流密度

(d)最佳性能電池的穩態光電流和PCE

(e)電池PCE直方圖

圖2.(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4鈣鈦礦薄膜表征

(a-d)(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4鈣鈦礦薄膜SEM頂視圖，膜厚度分別為400 nm、510 nm、620 nm和1010 nm

(e-h)(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4鈣鈦礦薄膜SEM橫截面圖，膜厚度分別為400 nm、510 nm、620 nm和1010 nm

(i)不同厚度(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4鈣鈦礦薄膜的吸收光譜

(j)不同厚度(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4鈣鈦礦薄膜的XRD譜圖

(e)不同厚度(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4鈣鈦礦薄膜的標準化時間分辨光致發光衰減圖

圖3.(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4鈣鈦礦太陽能電池的EQE譜圖

(a)不同電池的EQE譜圖，(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4吸收層厚度分別為400 nm、510 nm、620 nm和1010 nm

(b)不同電池之間的EQE差異變化圖，(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4吸收層厚度分別為510 nm、620 nm和1010 nm

圖4.四串聯鈣鈦礦電池特性

(a)不同價帶鈣鈦礦電池的正反掃J-V曲線圖，紅色是指有光學濾片

(b)頂端寬價帶(1.58 eV)鈣鈦礦電池和濾片低端低價帶(1.25 eV)鈣鈦礦電池的EQE譜圖，短路電流密度分別為20.0 mA/cm²和4.8 mA/cm²

【小結】

本文報道一種高效低價帶鈣鈦礦太陽能電池，其最高效率可達17.6%，所制成的四串聯鈣鈦礦電池效率接近21%，該工作為制造高效全鈣鈦礦串聯電池提供了重要的實驗依據。

文獻鏈接：Low-bandgap mixed tin–lead iodide perovskite absorbers with long carrier lifetimes for all-perovskite tandem solar cells(Nature Energy, 2017, DOI: 10.1038/nenergy.2017.18)

本文由材料人新能源組 Jon 供稿，材料牛編輯整理。

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