全鈣鈦礦疊層太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率獲突破 南大團(tuán)隊刷新世界記錄
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】鈣鈦礦疊層太陽電池是一種利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料，并通過疊層結(jié)構(gòu)來提高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。作為太能能電池家族中重要的一員，鈣鈦礦疊層太陽電池具有成本低、應(yīng)用范圍廣、環(huán)境友好等優(yōu)勢，因此被寄予厚望。但與此同時，大面積全鈣鈦礦疊層太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率與小面積疊層電池仍有較大差距，從商業(yè)化的角度來看，其距離產(chǎn)品化及大范圍應(yīng)用仍有一定距離，解決電池的穩(wěn)定性難題，提升電池光電轉(zhuǎn)換效率依舊是其重要的努力的目標(biāo)。
就在近日，南京大學(xué)成功在該領(lǐng)域獲得突破，刷新了全鈣鈦礦疊層太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄。根據(jù)南京大學(xué)以及科學(xué)技術(shù)處消息，經(jīng)國際第三方權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)測試，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院譚海仁課題組制備的1.05平方厘米全鈣鈦礦疊層太陽能電池穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到28.2% ，刷新了該尺度全鈣鈦礦疊層太陽電池的世界紀(jì)錄效率，為全鈣鈦礦疊層太陽電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程做出了重要的貢獻(xiàn)。
而這也是繼團(tuán)隊在小面積全鈣鈦礦疊層太陽電池中先后實現(xiàn)24.8%(Nature energy 864, 4, 2019)、26.4%(Nature 603, 73, 2022)與28.0%(Nature 620, 994, 2023)的認(rèn)證紀(jì)錄效率后的一次重要突破。更重要的是此次突破還解決了大面積全鈣鈦礦疊層太陽電池功能層不均勻成膜導(dǎo)致的性能受限問題。
團(tuán)隊在前期實驗中發(fā)現(xiàn)，在充分優(yōu)化空穴傳輸層和鈣鈦礦體相后，大面積器件與小面積器件之間的性能差距仍然較大，這意味著后續(xù)沉積的電子傳輸層(C60)可能為器件引入了新的不均勻性。為了解決這個問題，研究人員在鈣鈦礦與電子傳輸層之間引入了多種插入層分子，并通過使用大面積光致發(fā)光圖像研究，確定了表面經(jīng)4-氟苯乙胺氯處理后的鈣鈦礦均勻性能得到顯著提升，并且器件的電流也能得到增強(qiáng)。
基于此，團(tuán)隊進(jìn)行了進(jìn)一步的分析研究了插入層的結(jié)構(gòu)特性與作用機(jī)制，并將優(yōu)化后的寬帶隙鈣鈦礦用于制備全鈣鈦礦疊層太陽能電池，制造出了此次破紀(jì)錄的全鈣鈦礦疊層太陽能電池。值得一提的是，由于該技術(shù)適用于大面積全鈣鈦礦疊層太陽能電池，因此其也有利于推動全鈣鈦礦疊層太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
目前相關(guān)研究成果以《Homogenized contact in all-perovskite tandems using tailored 2D perovskite》為題，發(fā)表于《Nature》期刊，想要深入了解的讀者可以自行查閱。
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