能源光电材料与器件课题组
​​​​​​​​​ Tan Research Group, Nanjing University
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eLight·封面-双面全钙钛矿叠层太阳能电池
来源: | 作者:HaowenLuo | 发布时间: 2022-10-19 | 146 次浏览 | 分享到:

得益于金属卤化物钙钛矿较长的载流子扩散长度、高吸收系数和高缺陷容忍度,金属卤化物单结钙钛矿太阳能电池的光电转化效率在近十年内迅速提高到25%以上。进一步提高钙钛矿太阳能电池效率以降低度电成本是实现产业化应用的关键。而全钙钛矿叠层太阳能电池通过将两种不同带隙钙钛矿吸收层叠加,可有效扩宽电池的吸收光谱和降低热弛豫损失,是克服单结电池肖克利-奎伊瑟效率极限的重要途经。


2016年牛津大学Henry J. Snaith团队报道了世界首个全钙钛矿叠层太阳能电池器件。近期,全钙钛矿叠层电池的效率已高达28%,超过了主流晶硅太阳能电池的最高效率26.7%,展现了全钙钛矿叠层电池的商业化潜力。另一个能有效提高电池输出功率的策略是采用双面电池结构。在双面电池结构中,电池可以同时吸收来自正面和背面的光。由于在实际情况中电池背面可以接收来自地面和环境的反射和散射光,因此双面结构可以有效的提升器件的输出功率。此外,双面电池的背电极常采用透明导电氧化物 (TCO),这有利于阻挡卤素的扩散进而提高钙钛矿电池稳定性。前期已有研究人员通过数值模拟表明结合叠层结构和双面结构的双面叠层太阳能电池相比单面叠层能显著的提升输出功率密度。


课题组采用透明导电氧化物作为全钙钛矿叠层电池的背电极,制备了双面全钙钛矿叠层电池。该团队通过能带工程,实现了器件在不同背光下的电流匹配。最终双面全钙钛矿叠层电池在实际可达到的背反光下获得了高达28.51 mW cm⁻²的输出功率密度。此外,模拟计算进一步表明在实际场景下双面电池可实现更高的年能量输出。


该成果以“Revealing the output power potential of bifacial monolithic all-perovskite tandem solar cells”发表在卓越计划高起点新刊eLight。

图1:双面全钙钛矿叠层电池的示意(左)和扫描电镜(右边)图


图2:具有不同宽带隙钙钛矿的双面全钙钛矿叠层和1.77 eV宽带隙钙钛矿单面叠层电池(1.77 eV-Mono)(a)在无背光和30 mW cm⁻²背光测试条件下的输出功率密度, (b) 输出功率和背反射功率的关系,和(c)在不同平均背反射率(RA)下模拟计算的年能量输出


推送来源:https://mp.weixin.qq.com/s/oA_b_bZzs1Ep2GkA4ogvpw

文章链接:https://doi.org/10.1186/s43593-022-00028-w