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AdvancedMaterials

第一作者：LinMao、Tian Yang、Hao Zhang

通訊作者：劉明偵教授

(資料圖片僅供參考)

通訊單位：電子科技大學(xué)

DOI: 10.1002/adma.202206193

目前，傳統(tǒng)硅太陽能電池效率逐步接近極限。鈣鈦礦作為一種價(jià)格低廉新型高性能光伏材料，可以和硅組成疊層電池，以較低的成本，大大提升電池的光電轉(zhuǎn)化效率。目前，高性能鈣鈦礦/硅疊層電池往往對(duì)現(xiàn)有異質(zhì)結(jié)硅底電池的硅片工藝、厚度、絨面尺寸、復(fù)合層材料等作出一定的改變。比如采用拋光底電池以兼容溶液法工藝，增加硅片厚度以彌補(bǔ)近紅外波段吸收不足，使用微晶硅隧穿結(jié)替代傳統(tǒng)ITO以減少大絨面上鈣鈦礦子電池漏電等。這些改變不可避免增加了成本，難以應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中。

在本文中，作者采用-氧化鎳/有機(jī)自組裝層-復(fù)合空穴傳輸層策略。磁控濺射氧化鎳能在大絨面表面均勻保型覆蓋，避免了采用ITO作為復(fù)合層容易帶來的漏電問題。帶有磷酸基團(tuán)的自組裝層材料能均勻吸附在氧化鎳表面：調(diào)控鈣鈦礦形貌，形成貫穿排列的鈣鈦礦晶粒；并降低氧化鎳表面缺陷，形成良好的能帶匹配。據(jù)此，作者基于商用化硅底電池（140微米厚CZ硅片，雙面2-5微米尺寸大絨面，雙面ITO透明電極）制備了鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池，第三方認(rèn)證光電轉(zhuǎn)化效率為28.84%。

亮點(diǎn)解析

復(fù)合空穴傳輸層/鈣鈦礦薄膜的制備

在絨面底電池的ITO表面依次采用磁控濺射，旋涂的方法制備氧化鎳和自組裝層。然后采用氣相/溶液兩步法，先蒸鍍一層碘化鉛前驅(qū)體層，然后與混合陽離子溶液接觸，加熱反應(yīng)生成鈣鈦礦?？昭▊鬏攲雍外}鈦礦層均能在大尺寸絨面上形成很好的保型覆蓋。

復(fù)合空穴傳輸層的作用

自組裝層材料（2PACz）能夠與氧化鎳表面的羥基結(jié)合。相比于與ITO（氧化銦錫）結(jié)合，單獨(dú)作為空穴傳輸層，2PACz與氧化鎳之間結(jié)合能更大，吸附更牢固。2PACz能夠顯著提高氧化鎳表面的功函數(shù)，與鈣鈦礦間形成更匹配的能帶關(guān)系。2PACz在絨面氧化鎳上比在絨面ITO上顯示出了額更好的均勻性。同時(shí)，在2PACz修飾過后的氧化鎳上制備的鈣鈦礦比在單純氧化鎳上制備的鈣鈦礦具有更好的結(jié)晶性和更強(qiáng)的熒光壽命。

單結(jié)和疊層電池性能

基于復(fù)合空穴傳輸層制備的單結(jié)和疊層器件都展示了優(yōu)于單獨(dú)氧化鎳和單獨(dú)2PACz的光伏性能。其中疊層電池的認(rèn)證效率達(dá)到了28.84%，這是目前基于大絨面底電池的最高效率。該工作采用完全可商用化底電池，并未對(duì)底電池結(jié)構(gòu)做出調(diào)整；并且制備鈣鈦礦及相關(guān)功能層的工藝均可適配大面積、大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。該工作將推動(dòng)鈣鈦礦/硅疊層技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

文獻(xiàn)來源

Lin Mao, Tian Yang, Hao Zhang, Jianhua Shi, Yuchao Hu, Peng Zeng, Faming Li, Jue Gong, Xiaoyu Fang, Yinqing Sun, Xiaochun Liu, Junlin Du, Anjun Han, Liping Zhang, Wenzhu Liu, Fanying Meng, Xudong Cui, Zhengxin Liu* and Mingzhen Liu* Fully textured, production-line compatible monolithic perovskite/silicon tandem solar cells approaching 29% efficiency.Adv. mater. 2022.

DOI:

https://doi.org/10.1002/adma.202206193