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31.25%!钙钛矿电池成果Science深度解读

瑞士洛桑理工学院Christophe Ballif及Xin Yu Chin团队在2018年报道了一种混合两步沉积方法,将热蒸发和旋涂相结合,以使钙钛矿层均匀地涂覆在微米级金字塔结构硅上,从而形成了前后两面都具有纹理结构的钙钛矿/晶体硅串联太阳能电池(DOI:10.1038/s41563-018-0115-4)。尽管这些串联电池由于正面金字塔纹理而具有较高的光电流,但非辐射复合损失仍然很大。

钙钛矿的一个挑战是迄今为止大多数报告的顶表面钝化方法不能直接适用于微米级纹理,因为它们涉及从液体溶液中沉积纳米级有机层。并且,这些加工路线通常在这种表面纹理上产生非均匀(不完全)的涂层。

鉴于此,洛桑联邦理工学院微电子研究所Xin Yu Chin在之前的工作基础上,利用磷酸化合物在两个不同的角色中来钝化界面缺陷,设计了一种串联器件,将钙钛矿层覆盖在具有微米级金字塔纹理的硅底部电池上,以提高光电流。在处理序列中使用添加剂,调节钙钛矿的结晶过程,并减轻发生在钙钛矿顶部与电子选择性接触(富勒烯C60)之间的复合损失。

研究团队展示了一个有效面积为1.17平方厘米的器件,实现了31.25%的认证功率转换效率。相关研究成果以“Interface passivation for 31.25%-efficient perovskite/silicon tandem solar cells”为题,发表在顶级期刊《Science》上。

技术的核心创新点是通过在钙钛矿/C-Si太阳能电池中采用具有微米级纹理的硅片、优化钙钛矿沉积过程并使用磷酸基团进行界面钝化,成功减轻了非辐射复合损失,实现了高达31.25%的电池转换效率。

研究确定并减轻了发生在具有微米级纹理的硅片的钙钛矿/c-Si串联电池界面的非辐射复合损失,这是c-Si光伏中使用的工业标准。使用Me-4PACz减少了钙钛矿/HTL界面的电压损失,而在钙钛矿沉积序列中加入FBPAc减少了钙钛矿/C60 ETL界面的电压损失,并导致具有较大结晶领域的更有利的钙钛矿微观结构。通过XPS和SIMS成像,可以看到FBPAc存在于钙钛矿顶部表面,并通过其磷酸基团与钙钛矿中的铅缺陷发生配位作用。

总的来说,将具有微米级纹理的c-Si、使用混合的两步法在此纹理上均匀沉积的1毫米厚钙钛矿吸收层以及吸收层两侧的磷酸基团结合起来,以改善界面钝化效果,实现了一个独立认证的31.25% PCE的串联电池。这些结果表明,如何将具有标准工业微米级纹理的c-Si太阳能电池升级,以将其PCE提高到>30%。

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