能源光电材料与器件课题组
​​​​​​​​​ Tan Research Group, Nanjing University
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全钙钛矿叠层太阳能电池



       叠层太阳能电池是突破单结电池效率极限,实现更高光电转换效率最有效的可行性途径。目前多结叠层电池的最高转换效率已超过38%,超越了最佳的单结电池;然而实现这类高效率叠层电池的材料均需使用昂贵的III-V族半导体,因其昂贵的成本,该类叠层电池一直无法实现大规模的地面发电应用。

       钙钛矿太阳能电池,是利用钙钛矿型的有机-无机杂化金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因具低成本、易制备和优异光电性能等突出优点,在国际上备受关注并且发展迅速,电池转化效率已从2009 年的3.8%提升到2020年的25%以上,钙钛矿太阳能电池也被认为是下一代最具应用前景的低成本高效率光伏技术。

       在钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池中,通过使用宽带隙的钙钛矿作为顶电池吸收短波长部分的太阳光,窄带隙的钙钛矿作为底电池吸收长波长部分的太阳光,有效地提高了太阳光谱的利用率,降低单结电池中载流子的热弛豫损失,从而提高光电转换效率。钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池可实现全溶液法加工,制备能耗低且方法简单















       尽管如此,全钙钛矿叠层太阳能电池仍具有一些急需解决的问题(1)寻找新的具有良好光传输能力,低串联电阻,以及低成本大面积加工的隧穿复合结材料;(2)宽带隙材料存在严重的开压损失,以及光致相分离的问题;(3)窄带隙的Sn-Pn基钙钛矿材料存在的易氧化问题等。

       本课题组针对于上述问题进行了许多突破性的研究。近期,课题组制备出了稳定的全钙钛矿叠层太阳能电池,经日本电气安全和环境技术实验室(JET)权威认证,稳态光电转换效率高达24.2%,为目前的叠层最高效率。





















课题组相关成果:


K. Xiaoǂ, R. Linǂ, Q. Hanǂ , Y. Hou, Z. Qin, H. T. Nguyen, J. Wen, M. Wei, V. Yeddu, M. I. Saidaminov, Y. Gao, X. Luo, Y. Wang, H. Gao, C. Zhang, J. Xu, J. Zhu, E. H. Sargent & H. Tan*. "All-perovskite tandem solar cells with 24.2% certified efficiency and area over 1 cm2 using surface-anchoring zwitterionic antioxidant". Nature Energy 5, 1-25 ​(2020).


M. Weiǂ, K. Xiaoǂ, G. Walters, R. Lin, O. Voznyy, H. Tan*and E. H. Sargent*. "Combining Efficiency and Stability in Mixed Tin–Lead Perovskite Solar Cells by Capping Grains with an Ultrathin 2D Layer". Advanced Materials 1907058 (2020). 


R. LinǂK. XiaoǂZ. QinQ. HanC. Zhang*M. WeiM. Saidaminov Y.GaoJ. XuM. XiaoA. LiJ. Zhu * E. H.Sargent and H.Tan*. "Monolithic all-perovskite tandem solar cells with 24.8% efficiency exploiting comproportionation to suppress Sn(ii) oxidation in precursor ink ". Nature Energy  4,  864–873 (2019).


S. GuǂR. LinǂQ. HanY. GaoH. Tan*and J. Zhu*. "Tin and Mixed Lead–Tin Halide Perovskite Solar Cells: Progress and their Application in Tandem Solar Cells"Advanced Materials 1907392 (2020). 


Q. Hanǂ, Y. Weiǂ, R. Lin, Z. Fang, K. Xiao, X. Luo, S. Gu, J. Zhu, L. Ding*, and H. Tan*. "Low-temperature processed inorganic hole transport layer for efficient and stable mixed Pb-Sn low-bandgap perovskite solar cells". Science Bulletin 64, 1399-1401 (2019).