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Solar RRL:100平方厘米大面积可印刷钙钛矿太阳能电池组件

太阳能电池作为太阳能利用的重要形式之一,钙钛矿太阳能电池凭借其优异的光电性能及制作工艺简单、吸光层材料成本低廉等诸多优势受到广泛的关注,被认为是目前最有应用前景的新型太阳能电池器件之一。经过短短几年的发展,其光电转换效率已提高到22%以上。虽然电池效率有了大幅提升,但器件在持续光照下的稳定性是限制其发展的瓶颈问题。除此之外,在传统钙钛矿太阳能电池结构中,空穴传输材料和贵金属电极的价格都很昂贵,且金属电极的高真空热蒸镀工艺能耗过高,这些问题同样制约着钙钛矿电池的进一步发展。钙钛矿太阳能电池结构可分为P-i-N双结结构(常规平面和介孔结构)和N-i单节结构(无空穴传输层结构)。N-i结构主要以碳电池直接跟钙钛矿材料接触,提取钙钛矿材料中的空穴,而实现光生载流子的分离。

Solar RRL:100平方厘米大面积可印刷钙钛矿太阳能电池组件

华中科技大学武汉光电国家实验室的韩宏伟教授课题组首次制备了三层介孔结构(Ni-i型)的大面积钙钛矿太阳能电池模块。这种电池结构采用二氧化钛/氧化锆/碳的三层介孔层作为钙钛矿吸光层的骨架,并且根据价带和导带的匹配关系,钙钛矿层的光生电子可以通过介孔二氧化钛层传输到基底上;与此同时,空穴传输到碳电机对电极上,并在外电路产生电流,避免了金属电极和空穴传输层的使用。此项工作中电池模块的制备结合了印刷与激光切割工艺,实现了多个钙钛矿太阳能电池的串联,成功制备出了10厘米×10厘米大面积的电池组件。该电池组件在一个太阳的光照条件下,电池效率达到10.4%。在持续光照1000小时,其光电性能没有明显衰减。同时,作者也研究了在户外光照、超长时间放置条件下钙钛矿太阳能电池的参数,发现其性质非常稳定。这些数据充分显示了该器件结构在器件稳定性方面的优势,该工作也为提高钙钛矿太阳能电池器件稳定性提供了新的思路,展示了钙钛矿太阳能商业化应用的巨大潜力。

Solar RRL:100平方厘米大面积可印刷钙钛矿太阳能电池组件

相关工作发表在Advanced Materials子刊Solar RRLDOI: 10.1002/solr.201600019)上。

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