最新Science：阴离子工程宽带隙钙钛矿可实现高效、稳定的硅串联电池

木文韬 4年前 (2020-04-10) 13333浏览

【引言】

钙钛矿光伏（PV）技术已取得实质性进展，目前单结器件的创纪录效率达到> 25％。商业化这些器件最有希望的策略之一是将钙钛矿顶部电池与Si底部电池串联使用，以达到超出单结器件的Shockley-Queisser极限的超高效率。大多数研究钙钛矿/Si串联太阳能电池都采用钙钛矿吸收剂，其常规带隙为1.5至1.6 eV，但串联配置的理想带隙为顶部电池约为1.67至1.75 eV，底部电池约为1.12 eV。尽管某些已报道的钙钛矿/Si串联装置使用了宽带隙钙钛矿（接近1.7 eV），但据报道功率转换效率（PCE）≤25％。钙钛矿的带隙可以通过用溴或氯（部分）替代碘阴离子来调节。但是，用大于约20％的Br代替I，这是将带隙扩大至〜1.7 eV所必需的，通过相分离形成富I和富Br结构，导致在光照下的稳定性问题。一种稳定钙钛矿的方法是创建二维（2D）相，其中[PbX₆]^-2八面体薄片被过量的用作钝化剂的长链（或芳族）分子隔开。常见的基于长链或芳香族分子的2D添加剂包括碘化正丁基铵（n-BAI）和碘化苯乙铵（PEAI）。由这些2D添加剂引起的钝化层的形成提高了效率，特别是开路电压（VOC）。然而，由于2D形成分子的电绝缘特性，其过量掺入通常会降低填充因子（FF）。因此，在前体溶液中添加2D分子的浓度已被限制为〜1mol％。

【成果简介】

今日，在韩国首尔国立大学Jin Young Kim, Kai Zhu、美国国家可再生能源实验室、韩国世宗大学Dong Hoe Kim和韩国高等科学技术院Byungha Shin团队等人（共同通讯作者）带领下，与韩国延世大学、韩国建国大学、美国加州大学和美国卡夫利纳米科学研究所合作，与美国西北大学、美国科罗拉多大学博尔德分校合作，开发了一种稳定的钙钛矿型太阳能电池，其带隙约为1.7电子伏特，在连续照明1000小时后，其初始PCE保持在20.7%的80%以上。苯乙铵基二维（2D）添加剂的阴离子工程对于控制基于碘化铅骨架的2D钝化层的结构和电学性能至关重要。单片双端宽带隙钙钛矿/硅串联太阳能电池具有26.7％的高PCE，其是通过顶部和底部电池的光谱响应的理想组合而实现的。相关成果以题为“Efficient, stable silicon tandem cells enabled by anion-engineered wide-bandgap perovskites”发表在了Science。