您的位置:www.85058.com > 产品评测 > 谭海仁教授合作在《【www.85058.com】Science》上发表

谭海仁教授合作在《【www.85058.com】Science》上发表

发布时间:2019-11-17 12:32编辑:产品评测浏览(80)

    钙钛矿光伏材料以其优异的光电性能,近年来在众多光伏材料中异军突起。钙钛矿光伏电池的光电转换效率高、制造成本低,且不需要稀有元素,备受产业界的关注。目前,实验室小面积的钙钛矿光伏电池的认证效率已达23.3%,但其稳定性和规模化制备还未能达到实用化的程度。近日,南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授与华中科技大学韩宏伟教授团队、加拿大多伦多大学Edward Sargent教授、韩国蔚山国家科学技术研究院Sang Il Seok、美国科罗拉多大学Michael McGehee教授合作在《Science》上发表综述论文“Challenges for Commercializing Perovskite Solar Cells” (全文链接:http://science.sciencemag.org/content/361/6408/eaat8235),探讨钙钛矿光伏电池产业化所面临的挑战及实现产业化仍需努力研究的方向。

    近日,我校现代工程与应用科学学院的谭海仁教授与多伦多大学的Edward Sargent教授研究发现有偶极性的有机阳离子对有机-无机杂化钙钛矿材料的缺陷性能具有显著的影响,在钙钛矿材料中引入少量的偶极性阳离子,可以大大降低宽带隙钙钛矿太阳能电池中的非辐射复合损失,大幅提升光电转换效率。基于1.65 eV和1.75eV的宽带隙钙钛矿太阳能电池的稳态转换效率分别高达20.7%和19.1%,均是目前报道的宽带隙钙钛矿电池中的最高效率值。该工作将有望显著提升基于钙钛矿的叠层太阳能电池的转换效率,推动钙钛矿基高效率叠层光伏器件研究的新进展。该成果以《Dipolar cations confer defect tolerance in wide-bandgap metal halide perovskites》为题,发表在Nature Communications上(https://doi.org/10.1038/s41467-018-05531-8)。

    钙钛矿光伏电池的结构主要分为介孔结构、平面结构、三层介孔结构和叠层结构。与其它光伏技术相似,钙钛矿光伏电池的面积增大会导致光电转换效率的下降。制作中等尺寸的光伏组件可使用丝网印刷、涂布和蒸发等方法。未来,制作大面积、高均匀性、高效率的钙钛矿薄膜组件仍需探索其它更加有效的制备方法。

    近年来,晶体硅太阳能电池效率不断提升,几近理论极限,持续增加的空间有限。光伏系统的成本取决于电池的光电转换效率,如何继续提高太阳能电池的光电转化效率对于降低发电成本,促进太阳能电池产业的发展有着至关重要的意义。制备更低成本、更高效率的太阳能电池是未来进一步降低光伏发电成本、实现平价电网目标的关键。构筑多结太阳能电池是提升光伏器件转换效率的重要途径,结合具有低成本的钙钛矿和工艺成熟的晶体硅,则有望在已大规模应用的晶体硅太阳能电池技术上大幅提升硅电池的转率效率,实现低成本、高效率的叠层光伏组件。钙钛矿太阳能电池以其成本低、制备方法简单且转化效率高的优点,近年来在光伏研究领域独树一帜,展现出巨大的商业化潜力。

    www.85058.com 1

    为了与晶体硅电池进行叠层并获得更高的光电转换效率,制备高效率的宽带隙钙钛矿太阳能电池(理想带隙约1.7 eV左右)是实现高效率叠层光伏电池的关键核心课题之一。然而在宽带隙钙钛矿材料中存在较高的缺陷态密度,导致电池的开路电压损失越大、填充因子较小,限制了宽带隙钙钛矿电池的转换效率。为了有效地降低宽带隙钙钛矿薄膜材料中由缺陷导致的非辐射复合,谭海仁教授和合作研究者展开研究,通过在相稳定的铯-甲脒二元混合阳离子钙钛矿中引入少量具有偶极性的甲胺离子,实现显著降低非辐射复合的目的。相比于无偶极矩的铯离子或偶极矩很小的甲脒离子,甲胺离子具有很大的偶极矩,而且在钙钛矿晶格中甲胺离子较容易在空间中转动,偶极子可与附近的带电陷阱中心产生静电相互作用,其较大的偶极矩可局域地对带电的陷阱中心产生静电屏蔽效应,从而减小陷阱中心对载流子的俘获截面,降低由于陷阱中心导致的非辐射复合。最终在基于1.65 eV带隙的钙钛矿电池中获得了1.22 V的开路电压和超过80%的填充因子,稳态转换效率达到20.7%;基于1.74 eV带隙的钙钛矿电池中也获得了1.25 V的开路电压和19.1%的稳定效率。这两种宽带隙钙钛矿的转换效率均是目前报道的最高值。该工作为进一步提升钙钛矿太阳能电池的效率提供了新方法,也为获得高效率钙钛矿基叠层光伏器件(比如钙钛矿-晶体硅叠层电池、钙钛矿-钙钛矿叠层电池)提供了良好的基础。

    www.85058.com,图1. A. 各种光伏技术所需元素的丰度;B.钙钛矿光伏电池的器件结构;C. 单结钙钛矿光伏电池效率进展及其与电池面积的关系。

    www.85058.com 2

    近期,已有光伏企业开始研发较大面积的钙钛矿光伏组件。杭州纤纳光电制作了面积17.8 cm2、光电效率17.4%的刚性钙钛矿小型组件。荷兰的Solliance公司开发了面积169 cm2、几何填充因子高达90%的钙钛矿模组。波兰的Saule Technologies使用喷墨打印的方法制备了柔性太阳能光伏电池。湖北万度光能有限责任公司建设了110平米可印刷钙钛矿太阳能电池的小型示范系统,展示出钙钛矿光伏组件具有良好的应用前景。此外,钙钛矿叠层组件的效率也在不断提高,Oxford PV研发了1 cm2的钙钛矿/硅叠层光伏电池,其认证效率高达27.3%,已经超越了单结硅电池的最高效率26.7%。目前,钙钛矿光伏电池的稳定性测试中使用一系列非标测试协议,在未来的研究工作中,应进一步探明器件性能衰减的机理并研发有效提升器件寿命的材料和器件结构。此外,钙钛矿组件的可靠性研究和组件的回收再利用也应当引起足够的重视。

    图1:引入偶极性甲胺阳离子后宽带隙钙钛矿太阳能电池的光伏性能比较,少量甲胺离子的加入可以显著提升电池的开路电压和填充因子,抑制电池的J-V迟滞现象,小面积电池转换效率高达20.7%,大面积器件效率达19.3%。

    本文由www.85058.com发布于产品评测,转载请注明出处:谭海仁教授合作在《【www.85058.com】Science》上发表

    关键词: