​钙钛矿今日Nature,再迎里程碑式发展!

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第一作者:K. O. Brinkmann
通讯作者:Thomas Riedl
通讯单位:德国伍珀塔尔大学

据报道,金属卤化物钙钛矿太阳能电池与硅和铜-铟-镓硒化物(CIGS)以及所有钙钛矿串联电池的组合可实现很高的器件效率。然而,钙钛矿-有机串联体显示出较低的效率,并受到宽间隙钙钛矿电池的低开路电压(Voc)和子电池之间互连引入的损耗的限制。

有鉴于此,德国伍珀塔尔大学Thomas Riedl团队展示了效率为24.0%(认证为23.1%)的钙钛矿-有机串联电池,Voc高达2.15V。优化的电荷提取层为钙钛矿子电池提供了高Voc和填充因子,有机亚电池在近红外提供高的外部量子效率。子电池通过超薄(约1.5纳米)金属状氧化铟层连接,具有前所未有的低光学/电学损耗。这项工作为钙钛矿-有机串联体系奠定了里程碑,它的性能优于目前最好的p-i-n钙钛矿单结太阳能电池,并与钙钛矿-CIGS和全钙钛矿多结相当。这项研究以“Perovskite–organic tandem solar cells with indium oxide interconnect”为题发表在Nature上。

【主要内容】
通常,多结太阳能电池被设计为具有互补吸收光谱的宽带隙和窄带隙子电池的串联连接。改善与太阳光谱的重叠并减少热化损失是克服单结Shockley-Queisser效率极限的关键。混合金属卤化物钙钛矿作为太阳能电池中的光活性材料受到了极大的关注。全钙钛矿串联电池严重的稳定性问题与不利的Sn2+向Sn4+的转变导致被动的p型掺杂和器件性能的总体降低。

有机太阳能电池(OSC)作为窄间隙背电池是一种有潜力的解决方法。作者开发了基于超薄ALD生长的InOx层,其厚度仅为约1.5nm。利用ALD的独特性质,即使在ångströms的水平上也能最大限度地控制层厚度,这在传统的沉积技术中是不可能的。在SnOx和MoOx之间插入InOx有效地改善了串联电池的J-V特征。作者制备了具有突出特性的整体钙钛矿-有机串联太阳能电池。优化的钙钛矿-有机串联的PSC和OSC子电池的EQE光谱显示在400和500nm之间的波长区域中的高EQE值(>95%)。串联电池的高Voc=2.15 V归因于几乎理想的J–V特性而没有损失Voc。该器件获得24.0%的最佳串联电池PCE,认证的效率为23.1%(±1.6%)。作者还展示了当器件保持在惰性气氛下具有超过1000小时的优异稳定性,并且在MPP中连续操作时T80为130小时。
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图1有机子电池的体系结构和性能

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图2优化差距钙钛矿子电池

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图3 串联连接

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图4 钙钛矿-有机串联电池

原文链接:
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04455-0

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参考文献: