光電轉換效率為23%的高性能四電極鈣鈦礦/無機矽疊層太陽能電池

2021-02-15 MaterialsViews

金屬有機滷化鈣鈦礦太陽能電池由於具有高性能、低價溶液製備工藝、以及匹配的禁帶寬度，在矽太陽能電池的基礎上集成鈣鈦礦太陽能電池有非常大的潛力來提高光電轉換效率從而降低光伏電能的成本。鈣鈦礦/無機矽疊層太陽能電池的最大挑戰是研發與金屬有機滷化鈣鈦礦材料兼容的高電導透明電極。基於銀納米線的透明電極會和鈣鈦礦材料反應而影響電池的長期穩定性。傳統磁控濺射透明半導體氧化物過程中產生的高能顆粒會破化鈣鈦礦材料而降低電池性能。熱蒸發工藝沉積的超薄金屬電極（<10納米）可以有效的避免沉積透明電極過程中對金屬有機滷化鈣鈦礦的破化，但是目前基於超薄金屬電極的半透明鈣鈦礦太陽能電池性能還有待提高。


美國內布拉斯加大學林肯分校的黃勁松教授、陳波博士及其研究團隊報導了光電轉換效率為16.5%的超薄金屬半透明鈣鈦礦太陽能電池，同時利用近紅外增強型矽電池得到鈣鈦礦/無機矽疊層太陽能電池具有23.0%的光電轉換效率。單純熱蒸發沉積超薄金屬電極會得到島狀金屬顆粒而形成不連續的薄膜，這嚴重降低了電極的電導率。因為銅的表面能比金大，沉積1納米的銅可以大幅提高超薄金電極的透光性、電導率和成膜性。反溶劑懸塗法製備的平整金屬有機滷化鈣鈦礦薄膜可以避免表面粗造度對超薄金屬電級性能的影響。相比於19.4%的不透明鈣鈦礦太陽能電池，超薄金屬半透明鈣鈦礦太陽能電池可以保持85%的光電轉換效率，同時在太陽光穿透過電池後還保留60%左右的近紅外光。考慮到矽底電池在疊層電池中主要利用近紅外光，因此提高矽電池在近紅外波段的光電轉換效率非常重要。ITO頂電極和Ag背電極是造成近紅外波段的寄生吸收的主要來源。他們利用具有高載流子遷移率的IZO代替ITO頂電極，同時在背電極引入MgF2反射層來減少光到達Ag電極的比例，從而大幅提高矽電池在近紅外波段光電轉換效率，>700納米的太陽光對應的Jsc提高了1.6mA/cm2。近紅外增強型矽電池利用太陽光穿透半透明鈣鈦礦頂電池後餘下的近紅外光仍然具有6.5%的光電轉換效率。相比於19.4%的鈣鈦礦太陽能電池和21.2%的矽電池，四電極鈣鈦礦/無機矽疊層太陽能電池將光電轉換效率大幅提升到了23.0%。

相關工作發表在Advanced Energy Materials （DOI: 10.1002/aenm.201601128）上。

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池中的離子傳輸研究取得進展：低電場下的甲胺離子移動首次被證實

氟化策略誘導高效率小分子太陽能電池給體材料

基於鈣鈦礦太陽能電池的一體化「光電容器」

具有強分子間相互作用的寬帶隙聚合物材料用於非富勒烯型聚合物太陽能電池

（點擊以上標題可以閱讀原文）

MaterialsViewsChina 官方微信平臺

聚焦材料新鮮資訊

材料大牛VS新秀訪談
MVC論文排行榜每月新鮮出爐
熱愛科研的你還在等什麼，快加入我們一起微互動吧！！！

微信號：materialsviews

微博：materialsviews中國

歡迎個人轉發和分享，公眾號或媒體如需要轉載，請聯繫：

materialsviewschina@wiley.com

關注材料科學前沿，請長按識別二維碼

點擊左下角「閱讀原文」，閱讀Advanced Energy Materials原文

相關焦點

  • 無機鈣鈦礦太陽能電池:光電轉換效率可達14.4%
    【引言】有機－無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因結構簡單，能量轉換率高，低成本以及溫和條件製備等優點，備受學術界的關注。但其存在一個致命的弱點：光化學穩定性和熱穩定性差。相比之下，無機鈣鈦礦材料因其優異的穩定性成為研究者們新的關注熱點。但是由於其禁帶寬度大，大大限制了其光電轉換效率。
  • 全無機鈣鈦礦電池光電轉換效率達16.1%
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】「倒裝式」結構設計的全無機鈣鈦礦電池近日，香港城市大學新研發的全無機鈣鈦礦電池的光電轉換效率達到16.1%，而獲中國計量科學研究院認證的效率亦高達15.6%。香港城市大學學務副校長兼化學及材料科學講座教授任廣禹指出，這次研究成果的突破在於找到了簡單方法，用於製造光電轉換效率與穩定性兼具的全無機鈣鈦礦電池。據悉，香港城市大學的研究團隊近年來一直在探索提高全無機鈣鈦礦光電轉換效率的方法。他們在製備鈣鈦礦的過程中添加了特製的小分子6T1C-4F，以減少表面或晶界的缺陷。
  • 碳電極CsPbI2Br鈣鈦礦太陽能電池
    有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池由飆升的光電轉化效率吸引了廣泛的關注。到目前為止，鈣鈦礦太陽能電池的認證效率已經超過25%，可以與多晶矽相媲美。儘管如此，對於鈣鈦礦太陽能電池產業化，產業界更關心鈣鈦礦太陽能電池在實際運行情況下的穩定性。有機無機雜化鈣鈦礦不穩定主要是鉛碘八面體與陽離子之間的弱氫鍵導致的。因此在高溫與光照等外部應力的情況下，有機陽離子丟失，有機無機鈣鈦礦則降解為碘化鉛。採用銫取代陽離子則形成全無機鈣鈦礦。全無機鈣鈦礦相對於有機-無機雜化鈣鈦礦具有更好的熱穩定性與光穩定性。
  • 鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率創新高
    上證報中國證券網訊（記者 陳其珏）美國國家可再生能源實驗室（NREL，National Renewable Energy Laboratory）近日更新的「電池實驗室最高效率」圖顯示，單結鈣鈦礦太陽能電池的效率再創新高，達到25.2%，比之前的24.2%提高了1%。
  • 大連化物所等製備出光電轉化效率達27%的鈣鈦礦-矽疊層電池
    近日，中國科學院大連化學物理研究所薄膜矽太陽電池研究組（DNL1606）研究員劉生忠團隊聯合陝西師範大學研究員楊棟，通過將半透明鈣鈦礦電池與高效矽異質結薄膜電池結合，組成光電轉化效率達到27.0%的四端鈣鈦礦-矽疊層太陽能電池。　　晶矽太陽能電池是第一代太陽能電池，經過數十年發展，技術已經非常成熟。
  • 發現鈣鈦礦太陽能電池製備新方法！最佳光電轉換效率提升至16.04%！
    -反溶劑策略成功製備出穩定高效的純無機CsPbI3鈣鈦礦太陽能電池的研究成果。該論文第一作者為博士生張婷，通訊作者為李世彬教授和王峰博士（現北京大學博士後），電子科技大學為論文第一通訊單位。發展包括光伏能源在內的清潔可再生能源技術是構建社會可持續發展的關鍵。近年來有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池由於其光電性能優異、製備方法簡單可控、成本低廉等優點受到了國內外科研及產業界的廣泛關注。
  • 合金調控碳電極功函數改善無機鈣鈦礦太陽能電池的電荷提取
    【引言】近年來，基於CsPbBr3吸光層的全無機鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由於其優異的化學穩定性和低成本得到了研究者的密切關注，其光電轉換效率也持續走高，不斷刷新紀錄。研究發現，無機PSC器件的電荷提取能力對光電轉換效率的提升具有關鍵作用。
  • 有機太陽能電池效率暴增32%(圖) - 光伏電池轉換效率
    為此，不少光伏企業把提高光電轉換效率作為搶佔先機的「法寶」。在受訪業內人士看來，雖然目前光伏電池轉換率臨近天花板，但隨著技術的不斷迭代，提高轉換效率仍將是光伏上下遊產業鏈的主攻方向。（（...傳統矽太陽能電池板將太陽能轉換成電能的效率約為22%;而在2018年，OxfordPV研製出這款含有鈣鈦礦層的太陽能電池板，它的效率可以達到27.3%。(來源：微信公眾號「集邦新能源網」ID：EnergyTrend）鈣鈦礦太陽能電池板...
  • 鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率創新高 達到25.2%
    中國財富網訊 據上證報中國證券網8月5日報導，美國國家可再生能源實驗室（NREL，National Renewable Energy Laboratory）近日更新的「電池實驗室最高效率」圖顯示，單結鈣鈦礦太陽能電池的效率再創新高，達到25.2%，比之前的24.2%提高了1%。
  • 四端鈣鈦礦-矽疊層太陽能電池研製成功
    發表於：2019-11-20 09:17:33     作者：段連傑 王子瑜來源：中國科學院大連化學物理研究所近日，我所薄膜矽太陽電池研究組(DNL1606)劉生忠研究員團隊聯合陝西師範大學楊棟研究員，通過將半透明鈣鈦礦電池與高效矽異質結薄膜電池結合，組成光電轉化效率達到27.0%的四端鈣鈦礦-矽疊層太陽能電池。
  • 近期Nature/Science鈣鈦礦太陽能電池文章大盤點!
    有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）自2009年被第一次報導其優異的光伏性能，經過十餘年的迅速發展，最新認證的光電轉換效率（PCE）已從最初的3.8%增長到25.5%。鈣鈦礦材料由於其優異的光電性能，在太陽能電池、發光器件等多個領域均有應用，接下來讓我們來看看近期發表在NS頂刊上的重要成果。
  • > 基於石墨烯的太陽能電池轉化率達15.6%(圖) - 光伏電池轉換效率
    為此，不少光伏企業把提高光電轉換效率作為搶佔先機的「法寶」。在受訪業內人士看來，雖然目前光伏電池轉換率臨近天花板，但隨著技術的不斷迭代，提高轉換效率仍將是光伏上下遊產業鏈的主攻方向。（（...傳統矽太陽能電池板將太陽能轉換成電能的效率約為22%;而在2018年，OxfordPV研製出這款含有鈣鈦礦層的太陽能電池板，它的效率可以達到27.3%。(來源：微信公眾號「集邦新能源網」ID：EnergyTrend）鈣鈦礦太陽能電池板...
  • 韓國科學家刷新鈣鈦礦太陽能電池轉化效率記錄
    左圖為540~570nm處的螢光發射，右圖為660~690nm處的螢光發射。金屬滷化物鈣鈦礦是一類重要的有機-無機雜化材料。這類材料為高效太陽能光伏發電、光發射裝置...傳統矽太陽能電池板將太陽能轉換成電能的效率約為22%;而在2018年，OxfordPV研製出這款含有鈣鈦礦層的太陽能電池板，它的效率可以達到27.3%。(來源：微信公眾號「集邦新能源網」ID：EnergyTrend）鈣鈦礦太陽能電池板...
  • 鈣鈦礦太陽能電池轉換效率大幅提高至25.2%
    鈣鈦礦光伏電池是由金屬滷化物鈣鈦礦半導體製成的電池，最近被證明前景無量，因為研究人員已經設法大幅提高了它們的能量轉換效率，從3.8%一路提高到25.2%。 這一顯著提高的效率使鈣鈦礦在開發下一代可低溫處理的光伏技術方面成為領先的競爭者。鈣鈦礦光伏電池可以有兩種主要的設計原型:所謂的規則(n-i-p)結構和倒置(p-i-n)結構。
  • 比亞迪公開 「太陽能電池」相關專利,可提高太陽能電池的光電轉換...
    IT之家1月4日消息 企查查 App 顯示，比亞迪（002594）於 2021 年 1 月 1 日，公開一種 「光波轉換材料及其製備方法和太陽能電池」相關專利，公開號為：CN109988370B，申請時間為 2017 年 12 月 29 日。
  • 23.7%光電轉換效率 全鈣鈦礦疊層太陽能電池領域取得新進展
    近日，南京大學現代工程與應用科學學院譚海仁教授課題組與多倫多大學Edward Sargent教授團隊合作發表了窄帶隙鈣鈦礦及全鈣鈦礦疊層太陽能電池的最新研究成果，該成果以《Combining Efficiency and Stability in Mixed Tin-Lead Perovskite
  • 無機鈣鈦礦太陽能電池可簡化的僅剩下CsPbBr3層
    鈣鈦礦太陽能電池由於具有較高的光電轉換效率（＞ 22．7％），被研究人員認為是近年來最有希望解決能源問題的途徑之一。然而，傳統有機－無機雜化鈣鈦礦吸光材料的穩定性卻成為其商業化的最大障礙。為此，研究人員嘗試開發新型的鈣鈦礦結構吸光劑。
  • 矽牽手鈣鈦礦 太陽能電池轉化效率提高几個百分點
    為此，不少光伏企業把提高光電轉換效率作為搶佔先機的「法寶」。在受訪業內人士看來，雖然目前光伏電池轉換率臨近天花板，但隨著技術的不斷迭代，提高轉換效率仍將是光伏上下遊產業鏈的主攻方向。（（...研究人員表示，該模塊實現了16.6%的轉換效率，即使在經過2000小時的照射後，仍能保持約86%的初始性能。與目前主流的矽基太陽能電池相比，由於其轉換效率高、製造成本低，因此超氧化物太陽能電池有望成為下一代太陽能電...
  • NREL在鈣鈦礦太陽能電池方面取得突破
    發表於：2019-04-30 17:47:21     作者：劉珊珊來源：索比光伏網美國能源部(DOE)國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員報告說，鈣鈦礦太陽能電池技術取得了重大突破，已接近其最高效率。電池效率的提高歸功於一個新的化學式，同時也改善了太陽能電池的結構和光電性能。
  • 鈣鈦礦太陽能電池研究進展
    第1種是介孔結構，此結構類似於染料敏化太陽能電池，鈣鈦礦材料作為光敏化劑附著在多孔二氧化鈦（TiO2）上,其結構為透明導電玻璃/ TiO2/鈣鈦礦敏化的多孔TiO2/ H T M /電極；第2種是平面異質結薄膜結構，其結構為透明導電玻璃/TiO2/鈣鈦礦層/HTM/電極，在這種結構中，鈣鈦礦材料分離出來，既可吸收光又可傳輸電子和空穴；第3種是無空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池。