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转换效率高达28.0%！新型太阳能电池研究获重要进展
2023年06月12日 13:36:06
来源：化工仪器网 作者：羊舌木 点击量：4727
近日，南京大学谭海仁教授课题组在全钙钛矿叠层电池领域取得最新进展，经国际权威认证的转换效率高达28.0%，首次超越了传统晶硅电池。
【化工仪器网 项目成果】太阳能电池在未来的新能源开发领域占有主导地位，有着巨大的发展前景。随着我国碳中和碳达峰战略的落实以及全球对环保能源需求的快速增加，对太阳能电池产量的需求也在持续增长。根据国家统计局数据显示，2022年全年太阳能电池(光伏电池)产量3.4亿千瓦，增长46.8%。
"双碳"目标是我国作出的重大战略决策，发展清洁低成本的太阳能光伏发电，是实现这一战略目标的重要途径与技术保障。通过串联宽/窄带隙钙钛矿子电池构筑的全钙钛矿叠层太阳能电池，兼备高效率和低成本等优点，是下一代光伏技术的重要发展方向。
近日，南京大学谭海仁教授课题组在全钙钛矿叠层电池领域取得最新进展，经国际权威认证，其转换效率高达28.0%，首次超越了传统晶硅电池，该结果被收录到最新一期《Solar cell efficiency tables》(Version 61)，匿名审稿专家对这项工作高度评价——“本文在这个领域展示了非常有意义的结果，因为它不仅展示了世界最佳性能的全钙钛矿叠层太阳能电池，而且还提出了与现有缺陷钝化方法不同的3D/3D异质结”。
宽带隙钙钛矿顶电池、窄带隙钙钛矿底电池和隧穿结是构建全钙钛矿叠层电池的三个核心部分，开发高性能隧穿结和高效率窄带隙子电池则是实现高效叠层电池制备的关键核心点。研究团队前期在新型隧穿结结构设计、窄带隙钙钛矿结晶生长调控、晶粒表面缺陷钝化以及大面积叠层光伏组件的可量产化制备技术等方面开展了系统性研究，实现了认证效率达26.4%的全钙钛矿叠层电池和认证效率21.7%的大面积叠层组件。
该项研究还设计了新型的3D/3D双层钙钛矿异质结(PHJ)结构：利用真空蒸发和溶液加工混合法，在铅-锡混合窄带隙钙钛矿薄膜上生长一层数十纳米厚的三维纯铅宽带隙钙钛矿薄膜(FL-WBG)。通过调控三维纯铅宽带隙钙钛矿的组分，使其与窄带隙钙钛矿形成Type-II型异质结结构，促进载流子(电子)从钙钛矿吸光层向电子传输层抽取，降低钙钛矿/电子传输层C60之间的界面复合损失。
该项实验结果显著提升了电池的开路电压、填充因子和光电转换效率，最佳性能的窄带隙钙钛矿电池光电转换效率达到了23.8%，为目前报道的最高效率。除此之外，PHJ结构带来的场钝化效应减少了钙钛矿与电子传输层的接触损失，从而有效地屏蔽了表面缺陷层对铅锡窄带隙钙钛矿太阳电池性能的影响。
本研究将PHJ窄带隙子电池与高效的宽带隙子电池进行结合，构筑了高性能的全钙钛矿叠层太阳能电池。PHJ结构有效地提升了全钙钛矿叠层电池的开路电压、填充因子以及转换效率。实验室自测效率从26.7%提高到28.5%，同时获得了效率为26.9%的大面积叠层电池。
(资料来源：南京大学新闻网)
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