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单片钙钛矿三结太阳能电池转换效率突破24.4%

时间：2024-04-18 来源：浏览：

单片钙钛矿三结太阳能电池转换效率突破24.4%

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由于单片双结太阳能电池取得了巨大进步，使用三结甚至更多结的超高效多结太阳能电池被广泛研究。然而，多结太阳能电池中使用的钙钛矿薄膜依赖于不稳定的锡/铅（Sn/Pb）基混合物，暴露在氧气和水中将会迅速降解，因此在钙钛矿/电子传输层（ETL）界面处将形成高密度缺陷。

德国卡尔斯鲁厄理工学院Bahram Abdollahi Nejand和Ulrich W. Paetzold等人报道了一种三结钙钛矿-钙钛矿-硅太阳能电池，其功率转换效率（PCE）达到创纪录的24.4%。研究人员使用Cs0.2FA0.8Pb（I0.5Br0.5）3的宽带隙钙钛矿顶部电池（~1.84 eV）、FAPbI3钙钛矿中间电池（~1.52 eV）和硅基底部电池（~1.1 eV）来制备高效三结钙钛矿-钙钛矿-硅太阳能电池。为了优化器件的整体短路电流（JSC），确定最佳的带隙组合、顶部和中间电池的钙钛矿薄膜厚度，研究人员首先进行了数值模拟，预测所研究三结电池的结构。预测结果显示，顶部和中间钙钛矿电池的理想带隙分别约为1.82 eV和1.48 eV，最大PCE可达到24.8%。基于这些预测结果，研究人员制备了钙钛矿-钙钛矿-硅太阳能电池，最终器件的PCE为24.4%（反向扫描，VOC：2.84 V，JSC：11.6 mA cm-2, FF：0.74）。在这种器件结构中，中间层FAPbI3薄膜的质量对性能起到决定性作用。为了提高中间层的质量，研究人员采用了辅助生长（VAG）工艺来替代传统的反溶剂（AS）淬灭工艺。通过VAG工艺制备的FAPbI3薄膜在顺序沉积前后保持纯α相，具有优异的相稳定性。进一步的研究表明，与VAG工艺相比，器件表现出稍微增加的电荷载流子寿命，这是由于VAG-FAPbI3薄膜中晶粒尺寸的改善、较少的晶界和针孔，以及较少的非辐射复合所致。研究人员还利用电致发光成像评估了缺陷分布和膜的均匀性。结果显示，用VAG方法处理的器件具有良好的均匀性和较少的缺陷。最后，研究人员在氮气（N2）气氛下评估了未经封装的三结钙钛矿-钙钛矿-硅太阳能电池的长期稳定性。结果表明，VAG工艺能够实现高质量和稳定的中间层钙钛矿薄膜，为增强三结结构的长期热稳定性提供了一种有前途的途径。

本研究报道了一种三结钙钛矿-钙钛矿-硅结构的太阳能电池，实现了创纪录的功率转换效率（24.4%）。研究人员在电池的中间层采用了一种稳定的纯α-相甲脒碘化铅钙钛矿薄膜，这种薄膜不仅能够提供高达2.84 V的开路电压，而且在85℃的黑暗环境中存储了长达1081小时，非封装的三结电池仍能保持96.6%的初始效率。研究成果发表在《Energy & Environmental Science》。

（廖明月汤匀）

文献来源：Hu H, An S X, Li Y, et al. Triple-junction perovskite-perovskite-silicon solar cells with power conversion efficiency of 24.4%. Energy & Environmental Science, 2024, DOI: 10.1039/d3ee03687a

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