面向产业化的全钙钛矿叠层光伏组件

孟磊; 李永舫

doi:10.7536/PC220621

化学进展 ›› 2022, Vol. 34 ›› Issue (6) :1247-1248 DOI: 10.7536/PC220621

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面向产业化的全钙钛矿叠层光伏组件

孟磊 ^* ,
李永舫 ^*

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All-Perovskite Tandem Solar Modules Toward Commercialization

Lei Meng ^* ,
Yongfang Li ^*

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Abstract

Hairen Tan's research group reported all-perovskite tandem solar modules achieving a certified PCE of 21.7% with an aperture area over 20 cm² and the device shows prominent ambient sta-bility, which demonstrates great potential for the perovskite solar cells toward commercialization.

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孟磊, 李永舫. 面向产业化的全钙钛矿叠层光伏组件[J]. 化学进展, 2022, 34(6): 1247-1248 DOI:10.7536/PC220621

Lei Meng, Yongfang Li. All-Perovskite Tandem Solar Modules Toward Commercialization[J]. Progress in Chemistry, 2022, 34(6): 1247-1248 DOI:10.7536/PC220621

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全钙钛矿叠层太阳电池具有低成本溶液处理的优势,在薄膜太阳能电池的大规模应用中显示出重要前景。此前,南京大学谭海仁课题组通过旋涂技术制备的小面积全钙钛矿叠层太阳电池的认证效率达到26.4%^[1]。

近日,南京大学谭海仁课题组在Science期刊上发表了运用涂布印刷、真空沉积等大面积制备技术,首次实现全钙钛矿叠层光伏组件的制备^[2],展示了大面积钙钛矿叠层太阳电池量产化的前景。经国际权威第三方测试机构认证,大面积组件的稳态输出效率高达21.7%,是目前报道的钙钛矿光伏组件的最高效率。

全钙钛矿叠层太阳电池组件面临着两个关键的挑战。其一,基于溶液的制备方法都涉及调节结晶动力学的溶剂工程,然而宽带隙钙钛矿中较高的溴化物浓度会导致结晶动力学的变化。其二,相互连接的子电池中钙钛矿材料和金属电极之间存在相互扩散与化学反应,此类接触会导致卤化物-金属相互扩散,将在界面处产生深能级缺陷,限制模组的性能和稳定性。

该工作中,谭海仁课题组针对这些制约因素取得了重要研究进展。一方面,通过调整Cs_xFA_1-_xPbI_1.8Br_1.2组分中的Cs含量,结合气体辅助刮涂技术来控制结晶成核速率,实现了大面积宽带隙钙钛矿薄膜的均匀制备。通过SEM、AFM、GIWAXS及PL等表征手段表明在x=0.35时钙钛矿薄膜获得了最好的表面形貌、堆积取向和最长的载流子寿命。另一方面,由原子层沉积制备的SnO₂(ALD-SnO₂)电子传输层,既可作为垂直方向的电子传输层,又可避免钙钛矿活性层和金属电极之间的相互扩散和反应,XPS元素分析显示该保形扩散阻隔层（CDB）可以有效地阻止元素扩散。同时其具有良好的欧姆接触和低电阻。这种致密的保护层理论上也可以防止窄带隙钙钛矿在环境空气中的氧化。

最终获得的全钙钛矿串联叠层太阳电池组件的认证效率为21.7%（面积为20.25 cm²）。在模拟1个太阳光强度的光照下,在最大功率运行500 h后,封装的太阳电池组件保持了75%的初始性能。该工作表明,CDB技术有望成为提高所有类型钙钛矿太阳电池组件效率和稳定性的通用方法。

该工作为全钙钛矿叠层太阳电池的产业化提供了重要思路。

需要指出的是,当前全钙钛矿叠层太阳电池还存在窄带隙含锡钙钛矿活性层中Sn²⁺氧化的稳定性问题,解决窄带隙钙钛矿的稳定性问题也是实现全钙钛矿叠层太阳电池实际应用的一个关键。将窄带隙有机活性层与宽带隙钙钛矿活性层结合制备钙钛矿/有机叠层太阳电池^[3]将是解决这一问题的一条有效途径。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

[1]	Lin R X, Xu J, Wei M Y, Wang Y R, Qin Z Y, Liu Z, Wu J L, Xiao K, Chen B, Park S M, Chen G, Atapattu H R, Graham K R, Xu J, Zhu J, Li L D, Zhang C F, Sargent E H, Tan H R. Nature, 2022, 603: 73.

[2]	Xiao K, Lin Y H, Zhang M, Oliver R D J, Wang X, Liu Z, Luo X, Li J, Lai D, Luo H W, Lin R X, Xu J, Hou Y, Snaith H J, Tan H R. Science, 2022, 376: 762.

[3]	Qin S C, Lu C X, Jia Z R, Wang Y Y, Li S G, Lai W B, Shi P J, Wang R, Zhu C, Du J Q, Zhang J Y, Meng L, Li Y F. Adv. Mater., 2022, 34: 2108829.

[1]	Lin R X, Xu J, Wei M Y, Wang Y R, Qin Z Y, Liu Z, Wu J L, Xiao K, Chen B, Park S M, Chen G, Atapattu H R, Graham K R, Xu J, Zhu J, Li L D, Zhang C F, Sargent E H, Tan H R. Nature, 2022, 603: 73.
[2]	Xiao K, Lin Y H, Zhang M, Oliver R D J, Wang X, Liu Z, Luo X, Li J, Lai D, Luo H W, Lin R X, Xu J, Hou Y, Snaith H J, Tan H R. Science, 2022, 376: 762.
[3]	Qin S C, Lu C X, Jia Z R, Wang Y Y, Li S G, Lai W B, Shi P J, Wang R, Zhu C, Du J Q, Zhang J Y, Meng L, Li Y F. Adv. Mater., 2022, 34: 2108829.

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2022-06-24
Online Date
2022-06-23

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