南京大学谭海仁/牛津大学Henry J. Snaith今日Science: 产业化制备21.7%效率全钙钛矿叠层太阳能电池组件

南京大学谭海仁/牛津大学Henry J. Snaith今日Science: 产业化制备21.7%效率全钙钛矿叠层太阳能电池组件南京大学谭海仁/牛津大学Henry J. Snaith今日Science: 产业化制备21.7%效率全钙钛矿叠层太阳能电池组件
第一作者:肖科
通讯作者:Henry J. Snaith & 谭海仁
通讯单位:牛津大学,南京大学

南京大学现代工学院谭海仁教授课题组继今年1月17日在Nature发文” All-perovskite tandem solar cells with improved grain surface passivation”,报道全钙钛矿叠层太阳能电池重要研究进展,实现26.4%的电池转化效率世界纪录。目前谭海仁教授课题组共有三项叠层电池的世界记录被Solar cell efficiency tables收录(下表高亮处),分别为小面积全钙钛矿叠层太阳能电池认证效率26.4%,大面积全钙钛矿叠层太阳能电池认证效率24.2%,以及全钙钛矿叠层太阳能电池组件认证效率21.7%。今日于Science发表文章” Scalable processing for realizing 21.7%-efficient all-perovskite tandem solar modules”,报道实现21.7%效率的全钙钛矿叠层太阳能电池组件的可产业化制备技术。
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来源:Solar cell efficiency tables https://doi.org/10.1002/pip.3506

【主要内容】
单片全钙钛矿叠层太阳能电池具有低成本溶液处理的优势,在大规模光伏应用中显示出巨大的前景。然而,经认证高达26.4%的电池转化效率仅在具有有限可扩展性的的小面积旋涂设备中实现。为了实现钙钛矿薄膜的大面积制造,已经报道了诸如喷涂、喷墨印刷、刮刀涂层、槽模涂层和真空蒸发等沉积技术。基于溶液的制造路线都涉及调节结晶动力学的溶剂工程,但是现在用于最先进的~1.5eV带隙钙钛矿薄膜的可扩展涂层的溶剂系统与全钙钛矿叠层太阳能组件所需的~1.8eV带隙宽带隙钙钛矿不兼容。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,并且前体溶液会受到溴化铅和铯盐的低溶解度的限制。这些限制阻碍了用于全钙钛矿叠层太阳能组件的高质量宽带隙钙钛矿的可扩展制备。目前制造钙钛矿太阳能组件的另一个挑战与互连子电池处的卤化物和金属电极的反应有关。

鉴于此,南京大学现代工学院谭海仁教授课题组联合牛津大学Henry J. Snaith教授等人通过调整单价无机阳离子铯的含量来控制大面积宽带隙钙钛矿的结晶均匀性。该策略通过可扩展的加工技术能够制造出稳态电池转化效率为24.8%的1 cm2全钙钛矿叠层太阳能电池。由原子层沉积的SnO2 (ALD-SnO2) 组成的共形扩散障碍层既可用于电子提取,又用作互连子电池之间的横向扩散屏障。共形扩散障碍层抑制了卤化物-金属的相互扩散,避免了钙钛矿与金属电极之间的反应。通过使用基于ALD-SnO2的共形扩散障碍层,作者展示了经认证的电池转化效率为21.7%(孔径面积20.25 cm2)的全钙钛矿叠层太阳能组件。在环境条件下模拟1日照度下,在最大功率点运行老化500小时后,封装的全钙钛矿叠层太阳能组件仍保留了75%的初始性能。作者预计,共形扩散障碍层技术是提高所有类型钙钛矿太阳能组件效率和稳定性的通用方法。为了促进未来的大规模生产,应考虑开发一种绿色溶剂系统来制造全钙钛矿叠层太阳能电池组件。
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Fig. 1 Fabrication of CsxFA1−xPbI1.8Br1.2 WBG perovskite films using blade coating.

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Fig. 2 Full fabrication of all-perovskite tandem solar cells using scalable techniques.

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Fig. 3 All-perovskite tandem modules.

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Fig. 4 | Stability of all-perovskite tandem solar modules.

【文献信息】
Ke Xiao, et al., Scalable processing for realizing 21.7%-efficient all-perovskite tandem solar modules. Science. 376, 762-767 (2022).
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7696

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参考文献: