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产业化序幕:大面积钙钛矿光伏电池创纪录
来源:http://www.bandhig.com 责任编辑:w66利来国际老牌 更新日期:2018-09-22 13:51
产业化序幕:大面积钙钛矿光伏电池创纪录 钙钛矿太阳能电池,这项被Science评为2013年十大科技开展之一的新动力技能,由于陈炜博士及其合作者的最新打破,总算挨近工业化。。。 华中科技大学武汉光电国家试验室陈炜副教授在拜访日本国立物质与资料研讨院(NI

  产业化序幕:大面积钙钛矿光伏电池创纪录

  钙钛矿太阳能电池,这项被Science评为2013年十大科技开展之一的新动力技能,由于陈炜博士及其合作者的最新打破,总算挨近工业化。。。

  华中科技大学武汉光电国家试验室陈炜副教授在拜访日本国立物质与资料研讨院(NIMS)期间,在钙钛矿薄膜太阳能电池研讨范畴获得重要开展。根据P-i-N反式平面结构、经过优化界面工程,全面解决了钙钛矿太阳能电池高功率、迟滞现象、器材安稳性、大面积器材均匀性和一致性等重要问题,初次在世界威望太阳能电池认证组织——日本工业技能归纳研讨所(AIST)认证成功大面积(>1cm2)钙钛矿太阳能电池世界最高功率(15%),初次将大面积钙钛矿太阳能电池写进威望太阳能功率记载表《Solar cell efficiency tables(Version46)》。这一最新效果的相关论文今天在Science同步上线宣布,论文通讯作者为NIMS韩礼元教授和瑞士联邦理工学院Michael Gratzel教授。

  太阳能取之不尽、用之不停,规模化使用清洁、可再生的太阳能关于优化动力消费结构、削减环境污染和全球温室效应的含义十分严峻。现在现已商场化的光伏技能包含第一代晶体硅太阳能电池、第二代CIGS、CdTe薄膜太阳能电池,虽然每年以30%的速度高速成长,但其总装机发电量仍缺乏全球总能耗的1%。寻觅新一代更廉价、更高效的光伏技能是太阳能使用的一个永久出题,关系到未来太阳能在多大程度上替代化石动力。

  钙钛矿太阳能电池是最近3年才呈现的光伏技能,其功率记载提高的速度十分迅猛。现在韩国KRICT报导的钙钛矿太阳能电池功率到达20.1%,远远超越其他类型的新概念太阳能电池,简直与开展数十年的CIGS等薄膜太阳能电池适当,而且将来仍会有很大的提高空间。见美国可再生动力试验室(NREL)编纂的最新功率记载表(图1)。

  图1.历年来各类型太阳能电池功率记载(NREL编纂)

  此外,卤化物钙钛矿资料AMX3(A=CH3NH3+,NH2-CH=NH2+,Cs+等;M=Pb2+,Sn2+,Ge2+,Co2+,Fe2+,Mn2+,Cu2+,Ni2+,Bi3+等;X=Cl-,Br-,I-等)具有质料丰厚、本钱低价、光电性质优胜、可溶液加工、可低温制备(<150℃)等特色和优势,使得钙钛矿太阳能电池的制作本钱有望到达现在晶体硅太阳能电池的1/3-1/5。

  显着的功率和本钱优势有望推进钙钛矿太阳能电池在未来跨过商业化门槛,共享甚至推翻未来的光伏商场。可是,虽然远景达观,仍有几朵乌云笼罩在钙钛矿太阳能电池实在走向商业化的路途上。正如美国可再生动力试验室光伏认证中心负责人Keith Emery博士和澳大利亚新南威尔士大学Martin Green教授今年年初宣布揭露谈论所说:(1)钙钛矿太阳能电池普遍存在安稳性问题,许多电池在测验的进程中就发生了衰变,因而许多文献报导的钙钛矿电池高功率都无法经过第三方认证,其实在性都值得置疑;(2)钙钛矿太阳能电池普遍存在迟滞现象,即IV测验正反扫测得的成果存在显着的不一致。许多论文仅报导其间一种扫描方法得到的可能是高估的试验成果。Keith Emery和Martin Green领导着世界上最威望的太阳能电池认证中心,他们对钙钛矿太阳能电池的负面定见标明原先的钙钛矿电池技能可能存在严峻缺点,这也可能是为什么迄今为止,除了Newport公司认证的小面积(<0.1cm2)钙钛矿太阳能电池得到了认证数据外,其他世界威望认证中心在钙钛矿电池方向团体失声的原因。据了解,日本AIST(5家世界威望认证中心之一)检测过多家研讨单位送检的钙钛矿太阳能电池,验证得到的器材功能与根据试验室所得数据的预期值相差较大。这也是为什么在咱们于AIST认证成功大面积(>1cm2)钙钛矿电池15%功率之前,威望的《Solar Cell Efficiency Tables》中钙钛矿太阳能电池处于空缺状况的原因。

  咱们经过测验数万条IV曲线,在比较了几种最常见的钙钛矿太阳能电池结构今后,发现P-i-N反式平面结构电池更简单消除迟滞效应。电池结构如图2所示。咱们经过施行成功的界面工程,以安稳、高导电、能带调控的重掺杂型无机界面资料在电极邻近别离抽取电子和空穴,并在大面积范围内操控消除界面缺点。这样做的成果是:(1)该电池表现出迄今为止各类钙钛矿太阳能电池中最佳的填充因子达0.83,开路电压挨近1.1V,小面积(0.09cm2)电池的功率提高到18.3%,大面积(1.02cm2)电池的功率到达16.2%;(2)无论是小电池仍是大电池,其IV测验的迟滞效应都十分小,而且多批次数十个电池都表现出很好的工艺可重现性和器材功能的高度一致性(图3);(3)器材表现出迄今为止各类型钙钛矿太阳能电池有报导以来最好的安稳性,1000小时继续光照老化前后的功能衰减<10%。PCBM的疏水性质和无机界面层的化学安稳性对钙钛矿层起到了维护效果。咱们这种反式结构设计排除了其他由不安稳界面资料带来的搅扰,将钙钛矿太阳能电池功能衰变的原因都会集到钙钛矿资料自身,能够在最大程度上实在反映钙钛矿太阳能电池的安稳性究竟怎么。意外的是,开始加快老化的测验成果简直是令人满意的,多块电池样品老化前后的功率衰减均不到10%(图4)。

  图2.根据重掺杂无机界面层的反式P-i-N平面结构钙钛矿太阳能电池结构示意图

 
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