近年來(lái)，鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池技術(shù)飛速發(fā)展，其效率已從13.7%發(fā)展到如今的33.2%，這得益于其更寬的太陽(yáng)光譜吸收范圍和更高的開(kāi)路電壓輸出值。因此，鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池被認(rèn)為是最有希望從根本上提高光電轉(zhuǎn)換效率并大幅降低太陽(yáng)能發(fā)電成本的新型光伏技術(shù)。然而，鈣鈦礦/硅疊層電池的不穩(wěn)定性，特別是鈣鈦礦頂電池的不穩(wěn)定性，仍然是限制其實(shí)際應(yīng)用的主要障礙之一，這通常與鈣鈦礦薄膜內(nèi)部的殘余應(yīng)力密切相關(guān)。鈣鈦礦薄膜內(nèi)部殘余應(yīng)力的存在會(huì)顯著降低鈣鈦礦相變、缺陷形成和離子遷移的能壘，并最終加速鈣鈦礦降解。因此，如何有效釋放鈣鈦礦薄膜內(nèi)部的殘余應(yīng)力并獲得高效穩(wěn)定的疊層器件成為關(guān)鍵。
近日，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究團(tuán)隊(duì)在前期晶體硅和鈣鈦礦太陽(yáng)電池研究的基礎(chǔ)上，在高效鈣鈦礦/硅疊層電池領(lǐng)域取得進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)提出一種基于表面重構(gòu)的鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池，認(rèn)證效率達(dá)到29.3%（穩(wěn)態(tài)效率29.0%），是目前報(bào)道的基于遂穿氧鈍化接觸（TOPCon）電池的最高效率之一。在該工作中，研究人員將正丁基碘化胺（BAI）溶于二甲基甲酰胺（DMF）和異丙醇（IPA）的混合溶劑中，并用于表面后處理。這種方法不僅可以實(shí)現(xiàn)BA離子在鈣鈦礦表面全面的A位替換，還能促進(jìn)BA離子向鈣鈦礦薄膜內(nèi)部的深擴(kuò)散。在不影響薄膜質(zhì)量的前提下，研究實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦薄膜表面和內(nèi)部殘余應(yīng)力的同時(shí)釋放。經(jīng)過(guò)應(yīng)力釋放的薄膜表現(xiàn)出更少的缺陷態(tài)、更弱的離子遷移和更好的能級(jí)排列等優(yōu)點(diǎn)，制得的單結(jié)電池和疊層電池分別獲得21.8%和29.3%的效率，并展現(xiàn)出良好的熱、濕、光照和運(yùn)行穩(wěn)定性。該工作促進(jìn)了高效穩(wěn)定的鈣鈦礦基太陽(yáng)電池應(yīng)變工程發(fā)展，并為未來(lái)的應(yīng)用和部署提供了參考。
相關(guān)成果以Surface Reconstruction for Efficient and Stable Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells with Greatly Suppressed Residual Strain為題發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
基于鈣鈦礦表面重構(gòu)的兩端口鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)電池
