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(duì) (PZ-PbI2) 和氫鍵 (PZ-FAI) 的形成所驅(qū)動(dòng)的固定化效應(yīng)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(tuán)聚增強(qiáng)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(diǎn)。
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(shù)，在空氣中沉積。”該團(tuán)隊(duì)表示。
實(shí)時(shí)表征顯示，“這種方法不僅可以延緩晶體生長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)了 21.5% 的最大效率和 20.3% 的認(rèn)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(rèn)證效率之列。
該結(jié)果得到了中國(guó)國(guó)家計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院的確認(rèn)。研究還發(fā)現(xiàn)，在相對(duì)濕度為 65% 的空氣中連續(xù)光照老化 1000 小時(shí)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(zhǎng)來增強(qiáng)濕膜穩(wěn)定性，從而確保整個(gè)薄膜的生長(zhǎng)率一致，”科學(xué)家說。
實(shí)驗(yàn)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(gè)模塊都有 11 個(gè)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(jìn)一步的測(cè)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(jì)(17.9%)，要么效率有所降低(17.0%)。
研究細(xì)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(kuò)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(guó)電子科技大學(xué) (UESTC)、廣州大學(xué)、中國(guó)計(jì)量大學(xué)和法國(guó)巴黎化學(xué)研究所 (IRCP)。
李教授在談到研究團(tuán)隊(duì)的未來方向時(shí)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。”
