“93后”青年学者，加盟北京理工大学三年，一作兼通讯发Science!

iNature · 公众号 · · 2024-08-02 08:32

正文

iNature

宽禁带(WBG)串联结构的吸收剂结晶度差、织构弱，在实际操作中导致了严重的卤化物-阳离子混合迁移和相偏析。

2024年8月1日，北京理工大学陈琪、陈怡华及曜能科技WuYiliang共同通讯在 Science 在线发表题为 “ Nuclei engineering for even halide distribution in stable perovskite/silicon tandem solar cells ” 的研究论文， 该研究 通过在任何富溴聚集体和2H相形成之前将3C相成核来控制WBG膜对成分不敏感的生长。

所得的WBG吸收剂具有较好的结晶度和较强的织构，抑制了非辐射复合，增强了对各种老化应力的抵抗能力。钙钛矿/硅串联太阳能电池的功率转换效率在25平方厘米的有效区域为29.4%(第三方评估为28.8%)，在1平方厘米的有效区域为32.5%。 这些太阳能电池在封装后，在25°和50°C的最大功率点(AM 1.5G照明，全光谱，1太阳)下，分别在1301和800小时后保持了98.3%和90%的原始效率。

据了解， 2021年陈怡华以助理教授身份进入北京理工大学材料学院。

混合卤化物钙钛矿的快速研究进展为开发下一代光伏器件开辟了几种途径。凭借其理想的光电特性，单结太阳能电池的功率转换效率(PCE)已达到26.1%。将钙钛矿吸收剂集成到晶体硅电池上，构建钙钛矿/硅串联太阳能电池(PST)，可以进一步利用硅电池的工业优势，并为钙钛矿太阳能电池的市场渗透提供捷径。

最近，单片 PST 的认证pce达到了33.9%，但其长期运行稳定性仍然令人担忧。 PST 在顶部电池中使用宽带隙(WBG)钙钛矿吸收剂，以获得最大的太阳光谱利用率和最小的热损失，并且带隙在1.65和1.7 eV之间的混合卤化物-阳离子组合物被广泛使用。然而，这些组合物结晶度差，织构弱，晶粒取向多，各种晶面在面外方向暴露。较差的晶体质量导致更多的离子迁移通道，并且即使在钝化后，不同侧面的不同末端也会加速晶体的降解。因此，在连续照明下，WBG吸收膜中会发生相偏析，从而缩短器件寿命。

控制和目标WBG吸收器的核工程方案（图源自 Science ）

改善WBG钙钛矿薄膜需要对结晶过程进行更精确的控制。根据前驱体配方的不同，有几种相互竞争的途径导致最终薄膜中不均匀相和成分梯度的形成。例如，由于其溶解度较低和离子扩散速度较快，快速成核导致 Br -普遍结构域。虽然在晶体生长到目标化学计量的过程中，I-Br均质化可以克服初始富 Br 的化学计量，但均质化过程往往与结晶过程耦合。这种耦合不仅会干扰晶体生长，还会产生降低晶体质量的卤化物迁移通道。

在这项工作中，作者报道了稳定钙钛矿/硅串联太阳能电池中卤化物均匀分布的核工程，以促进具有任意I-Br分布的WBG吸收体的3C相的成核，而不管前体成分如何。这种成核现象普遍发生在那些通常观察到的核中，例如富br和/或不需要的2H相团簇。从而避免了I-Br的均质化和结构转变，保证了最终薄膜中适当的成分和相。 可以形成不同的WBG吸收剂，其结晶度和质地都有所改善，可以减少非辐射复合，增强热降解、离子迁移和相偏析的稳定性。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado9104

— END —

内容为 【iNature】 公众号原创，

转载请写明来源于 【iNature】

微信加群

“93后”青年学者，加盟北京理工大学三年，一作兼通讯发Science!​

正文

请到「今天看啥」查看全文

“93后”青年学者，加盟北京理工大学三年，一作兼通讯发Science!