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共蒸镀钙钛矿太阳能电池效率达到20.6%

来源:pvmagC 时间:2021-09-15

新加坡的研究人员构建出其声称为业内最高效的大面积共蒸镀太阳能电池。根据他们的研究结果,电池表现出可观的热稳定性,并可能在未来几年内达到商业成熟度。

图片:Nanyang Technological University

来自新加坡南洋理工大学能源研究所的科学家们开发出一种共蒸镀钙钛矿太阳能电池,具有强大的电力转换效率和良好的热稳定性。

研究员Annalisa Bruno告诉《光伏》杂志,“这些电池可用于各种应用。在我们的研究中,我们首次证明了热蒸镀工艺在为不同架构定制钙钛矿吸收体方面的多功能性。” 电池采用“p-i-n”布局,依靠共蒸镀的MAPbI 3薄膜。研究人员采用的这种共蒸镀工艺允许生产分级的可定制的钙钛矿层,而无需增加额外层数或额外的钝化步骤。在蒸镀过程中,背景压力会慢慢降低,以达到所需的费米能级,这就确保了辐射能量向电化学能量的有效转换。

在形成电池钙钛矿吸收体的共蒸镀过程中,控制和监测碘化铅(PbI2)和甲基碘化铵(MAI)的生长和组成是这个制造步骤的主要挑战。他们在电池上测试了不同的电子和空穴传输材料(HTM)。性能最好的电池有一个由[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸制成的HTM,它也被称为MeO-2PACz。

基于自组装单层(SAM)MeO-2PACz的最优电池实现了研究者们所描述的20.6%的创纪录效率,而基于2,2,7,7-四(N,N -二对甲苯基)氨基-9,9-螺二芴(spiro-TTB)和聚(三芳胺)(PTAA)作为HTM的两种不同电池,效率均达到20.3%。

该研究小组透露,“使用三种不同空穴传输层(HTL)的钙钛矿太阳能电池的功率转换效率分布很窄,这突出了这些共蒸镀电池的良好可重复性。”当spiro-TTB被放大到1cm2和1.96cm2的尺寸时,其效率分别达到19.1%和17.2%。

研究人员说:“这些未封装的共蒸镀p-i-n钙钛矿太阳能电池表现出显著的长期稳定性,在室温下存放超过1000小时,仍能保持其初始电力转换效率的90%。”

根据Bruno的说法,这些大面积电池是这种尺寸的共蒸镀钙钛矿太阳能电池中迄今为止最有效的。据说这些电池还具有可观的热稳定性,因为它们在持续500小时的85摄氏度热老化后保持了80%以上的初始效率。

她评价说,“鉴于过去几年热共蒸镀钙钛矿电池的研发进展,我们有希望看到这些电池在未来几年内达到商业化。”

科学家们在最近发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Materials上)《具有分级费米层的共蒸镀MAPbI3可实现高性能、可扩展和灵活的p-i-n钙钛矿太阳能电池》一文中描述了这种电池及相关的制造技术。

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