一种新的钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池开发

导读

研究人员开发了一种新的钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池，该种设计使用了一种禁带宽度为1.67 eV的顶层钙钛矿电池和一种基于咔唑的新型自组装单层（SAM）。与没有自组装单层的电池结构相比，叠层电池实现了更高的效率，并通过了IEC 61215标准热循环测试。

澳大利亚悉尼大学、新南威尔士大学、麦考瑞大学、德国Forschungszentrum jlich大学、中国南方科技大学和斯洛文尼亚卢布尔雅那大学的研究人员利用带隙为1.67 eV的顶层钙钛矿电池和基于咔唑的自组装单层，开发了一种钙钛矿-硅太阳能电池设计。顶电池的能量带隙为1.67 eV，这是迄今为止该类型电池所达到的最高带隙之一。

作为叠层电池的顶部电池，其必须具有高能量带隙以实现输出电流的匹配。然而，由于钙钛矿和电荷选择层之间的非辐射复合和能量错位，这些顶电池存在更高的带隙-电压偏移现象。为了解决这个问题，研究人员利用了一种基于咔唑的自组装单层(SAM)作为一种有效的空穴选择层(HSL)。SAM 过去常被用于太阳能电池实验，通常是在加工过程中加入分子胶，以显著提高光吸收过氧化物层和电子传输层之间的附着力。

"SAM通常由一个锚定基团、一个间隔基团和一个末端基团组成，"研究人员们解释说，他们的单层也是基于膦酸（Ph-2PACz）和两个苯环来创建一个扩展共轭体系的。"基于咔唑的SAM-HSL之所以出现，是因为它们具有可靠的稳定性，与钙钛矿一致的能级，并且它们是'多电子'的，有利于空穴选择性"。

硅-钙钛矿串联太阳能电池示意图

图片来源:悉尼大学

顶部钙钛矿电池由氧化铟锡(ITO)衬底、SAM、钙钛矿吸收层、巴克敏斯特富勒烯(C60)电子传输层、酞菁(BCP)缓冲层和铜(Cu)金属触点制成。其功率转换效率为21.3%，开路电压为1.26 V，短路密度为20.5 mA/cm2，填充系数为82.6%。

"在所有记录的1.67eV的钙钛矿电池当中，带隙-电压偏移0.41 V都是最低的数值之一。"该团队说。

顶电池的存在使得面积为1.03 cm2的钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池功率转换效率达到了28.9%，开路电压达到1.91 V。

研究小组进一步指出："基于 Ph-2PACz 的叠层电池显示出更强的湿热耐久性，在经过 280 小时的湿热后，性能损失可以忽略不计。"值得注意的是，基于 Ph-2PACz 的封装叠层电池在 200 次热循环后仍保持了 98.8% 的初始效率，通过了 IEC 61215 光伏模块标准。

审核编辑：刘清