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刷新世界纪录！我国全钙钛矿叠层电池光电转换效率达24.5%
2024年02月29日 10:45:05
来源：化工仪器网 作者：羊舌木 点击量：15614
使用该方法制造的窄带隙钙钛矿薄膜，与宽带隙钙钛矿薄膜结合后，所形成的叠层组件面积达20.25平方厘米，相较之前约1平方厘米的钙钛矿小面积电池明显增大，并且大幅提升钙钛矿薄膜的载流子寿命，有效提升了窄带隙子电池的光电性能。
【化工仪器网 项目成果】钙钛矿是一种常见的晶体结构材料，因为分子结构式ABX3与矿物质钛酸钙CaTiO3相似而得名。钙钛矿是新型太阳能电池的重点研发方向之一。同时，钙钛矿电池以其高效率、低成本、制备工艺简单等特点，被认为是极具潜力的高效率低成本光伏技术之一，在未来的光伏发电技术中将占据重要的地位。
从产品路线来看，钙钛矿电池可分为单结电池和叠层电池。单结钙钛矿电池指只有一个PN结的钙钛矿太阳能电池，叠层电池包括全钙钛矿叠层，或者钙钛矿与晶硅叠层。从技术路线来看，目前钙钛矿-晶硅叠层电池最为接近产业化，其中与异质结叠层匹配度最好、效率最高。
和传统晶硅材料相比，钙钛矿光伏组件更轻、更薄，具有可弯曲、半透明等良好特性，应用场景更丰富。不过，光伏界的普遍共识是，全钙钛矿叠层电池才是钙钛矿的终极方案。
钙钛矿叠层太阳能电池由电极、钙钛矿吸光层、空穴传输层、电子传输层等结构堆叠而成，宽带隙钙钛矿薄膜和窄带隙钙钛矿薄膜是叠层电池中重要的吸光层。当前，窄带隙钙钛矿薄膜的均匀制备是制约大面积组件性能提升的关键问题。
南京大学谭海仁教授课题组一直致力于研究钙钛矿，取得小面积电池光电转化效率28%、大面积叠层组件光电转化效率21.7%等成果。然而，叠层组件由带隙不同的子电池堆叠而成，窄带隙子电池能够吸收宽带隙子电池吸收不了的光，理论上，叠层组件的光电转化效率应该更高。
突破难点在于窄带隙钙钛矿薄膜的生产工艺，窄带隙钙钛矿薄膜的结晶过程太快，不好控制，大面积制备时，会出现薄膜不均匀的问题。而且钙钛矿的结晶过程上下不同步，容易导致薄膜的底部产生大量缺陷。
为了解决这个问题，研究团队在制备窄带隙钙钛矿薄膜时，根据钙钛矿结晶生长理论，筛选了20多种添加剂，最终发现具有缓冲剂特性的两性离子甘氨酰胺盐酸盐可以同时实现铅锡钙钛矿的结晶调控和埋底界面钝化，将薄膜的制备时间延长到原来的10倍左右，并且能自发诱导修复底部缺陷。
使用该方法制造的窄带隙钙钛矿薄膜，与宽带隙钙钛矿薄膜结合后，所形成的叠层组件面积达20.25平方厘米，相较之前约1平方厘米的钙钛矿小面积电池明显增大，并且大幅提升钙钛矿薄膜的载流子寿命，有效提升了窄带隙子电池的光电性能。
当前钙钛矿成本仍然较高，技术进步以及规模化有望助力降本。相较于传统的晶硅单结太阳能电池，钙钛矿叠层太阳能电池生产成本更低、更节能，其轻量化、柔性化的特点使其更容易弯折，使用场景更多。该研究成果有效推动了钙钛矿叠层太阳能电池的商业化进程。
(资料参考来源：人民日报)
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