倒置鈣鈦礦太陽能電池具有一種稱為“ pin ”的器件結(jié)構(gòu)，其中空穴選擇性接觸p位于本征鈣鈦礦層i的底部，電子傳輸層n位于頂部。傳統(tǒng)的鹵化物鈣鈦礦電池具有相同的結(jié)構(gòu)，但方向相反——即“ nip ”布局。在nip架構(gòu)中，太陽能電池通過電子傳輸層(ETL)側(cè)照明;在pin結(jié)構(gòu)中，太陽能電池通過HTL表面照明。
碘化鉛 (PbI2) 和碘化甲脒 (FAI) 均受益于 PZ 固定化策略，從而為電池形成“高質(zhì)量”鈣鈦礦薄膜。該研究小組解釋說：“由路易斯酸堿對 (PZ-PbI2) 和氫鍵 (PZ-FAI) 的形成所驅(qū)動的固定化效應不僅改善了鈣鈦礦前體溶液中膠體尺寸分布的均勻性，而且還通過抑制膠體團聚增強了濕膜的穩(wěn)定性。”
電池堆棧如下：透明氟摻雜氧化錫(FTO)涂層玻璃基板、濺射氧化鎳(II)(NiOx)薄膜、甲基取代咔唑(Me-4PACz)層、鈣鈦礦、巴克明斯特富勒烯(C60)電子傳輸層(ETL)、浴銅靈(BCP)緩沖層、銅(Cu)觸點。
在空氣中用刮刀涂布法將Me-4PACZ薄膜涂覆在NiOx薄膜表面。“之后，將配制好的含有不同濃度添加劑的鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，通過狹縫模頭涂布技術，在空氣中沉積。”該團隊表示。
實時表征顯示，“這種方法不僅可以延緩晶體生長過程，還可以確保鈣鈦礦薄膜上下層之間的結(jié)晶速率一致，”研究人員解釋道。該過程有助于形成具有“極佳均勻性”的大型單片晶粒。
基于這種方法，最終的迷你模塊實現(xiàn)了 21.5% 的最大效率和 20.3% 的認證效率，在孔徑面積超過 50 cm2 的迷你倒置鈣鈦礦太陽能電池模塊中位列最高認證效率之列。
該結(jié)果得到了中國國家計量測試技術研究院的確認。研究還發(fā)現(xiàn)，在相對濕度為 65% 的空氣中連續(xù)光照老化 1000 小時后，倒置鈣鈦礦太陽能電池板仍能保持 94% 的初始效率。“我們的方法通過抑制膠體聚集、延緩晶體生長來增強濕膜穩(wěn)定性，從而確保整個薄膜的生長率一致，”科學家說。
實驗中的倒置鈣鈦礦太陽能電池微型模塊尺寸為 10 厘米 × 10 厘米。每個模塊都有 11 個串聯(lián)電池。研究人員表示，值得注意的是，串聯(lián)模塊的 P1、P2 和 P3 劃線，其中 P1 和 P3 劃分模塊子電池，P2 連接子電池。
進一步的測試表明，在孔徑面積為 56.5 cm2 的模塊中，PZ 將模塊效率從 18.2% 提高到了 21.5%，而 PZ-I 和 PZ-II 的效果要么可以忽略不計(17.9%)，要么效率有所降低(17.0%)。
研究細節(jié)發(fā)表在《自然通訊》最近發(fā)表的論文《通過固定策略可擴展制備具有均質(zhì)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦薄膜用于高性能太陽能電池組件》中。研究人員來自中國電子科技大學 (UESTC)、廣州大學、中國計量大學和法國巴黎化學研究所 (IRCP)。
李教授在談到研究團隊的未來方向時表示：“我們將專注于優(yōu)化大面積鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽能電池的效率和穩(wěn)定性。”
