高效稳定的新型无机宽带隙钙钛矿亚电池

全钙钛矿串联太阳能电池，由具有不同能带隙的钙钛矿形成的pn结堆叠，具有实现比传统单结太阳能电池更高效率的潜力。然而，到目前为止，大多数提出的全钙钛矿串联电池都没有达到所需的功率转换效率(PCE)，这通常是由于与制造合适的窄带隙和宽带隙子电池相关的困难。

南京大学和多伦多大学的研究人员最近开发了新型无机宽带隙钙钛矿亚电池，可以提高这些有前途的太阳能电池的PCE和稳定性。他们的设计在NatureEnergy的一篇论文中介绍，涉及在细胞内有机传输层和无机钙钛矿之间的界面插入钝化偶极层。

“我们课题组一直致力于提高全钙钛矿叠层太阳能电池的PCE，该电池多次打破世界纪录，并被列入‘太阳能电池效率表’，”该项目的研究人员之一谭海仁说。退出研究，告诉TechXplore。

“然而，到目前为止，使用杂化有机无机宽带隙钙钛矿制成的高效串联太阳能电池在最大功率点(MPP)下运行600小时后，仅能维持其初始PCE的90%。因此，实现长期稳定性已经出现作为全钙钛矿串联太阳能电池商业化的关键问题。”

已发现由CsPbI3-xBrx组成的全无机钙钛矿比结合有机和无机钙钛矿的杂化材料表现出优异的热稳定性和光稳定性。因此，作为他们最近研究的一部分，Tan和他的同事们尝试使用这些材料来制造具有更好的长期运行稳定性的全钙钛矿串联太阳能电池。具体来说，他们使用CsPbI3-xBrx钙钛矿来制造无机宽带隙子电池，这些子电池可以集成到全钙钛矿串联电池中。

“无机宽带隙钙钛矿的导带最低值通常高于具有相同带隙的等效杂化钙钛矿，”Tan说。“钙钛矿/电子传输层(C60)界面处的大导带偏移(ΔEc~0.7eV)不仅严重阻碍电荷提取，还导致大的开路电压(VOC)损失，但也会触发正向和反向JV曲线中的滞后现象。为了解决这个问题，我们在钙钛矿/C60界面引入了具有高分子极性的偶极层(CF3-PEA)以重新配置界面状态，从而改善带对齐并增加无机钙钛矿和C60接触之间的结合强度。”

Tan和他的同事介绍的子电池设计最独特的特征是团队在有机和无机材料之间引入的偶极层。该层最终有助于克服与​​全钙钛矿串联太阳能电池中的界面转移相关的常见问题。

这种转移对细胞的稳定功能至关重要，但通常会被PEA钝化剂抑制，PEA钝化剂通常用于连接细胞中的有机和无机钙钛矿。另一方面，研究人员引入的高极性偶极子CF3-PEA层不会抑制界面转移，从而显着提高电池的整体PCE。

“我们的研究是第一项在全钙钛矿串联太阳能电池中使用无机宽带隙钙钛矿子电池的研究，实现了高效率和长期稳定性，”Tan说。“这使得全钙钛矿串联太阳能电池的商业化前景更加广阔，这对光伏产业的可持续发展至关重要。”

使用他们提出的设计策略，研究人员创造了宽带隙电池，展示出18.5%的非常有前途的PCE。然后，他们使用这种宽带隙子电池开发了全钙钛矿串联太阳能电池，实现了25.6%的PCE。

值得注意的是，Tan和他的同事发现，在阳光下模拟运行1,000小时后，这些电池保留了其初始性能的96%。因此，在未来，他们的设计可以为制造更高效、更可靠的全钙钛矿串联太阳能电池提供信息，这些太阳能电池可以在更长的时间内保持其性能和稳定性。

“无机宽带隙钙钛矿能够显着提高全钙钛矿串联器件的运行稳定性;但要提高全钙钛矿串联器件的PCE，还有很多工作要做，”Tan补充道。“为了实现超过30%的PCE，需要将宽带隙前部子电池的VOC从本文报告的1.23V提高到大于1.4V，这可以通过进一步抑制体积和表面复合来获得。结合计算和实验工作为未来高效钝化剂的合理设计提供了一个有前途的方向。”