研究人員解決了大規(guī)模生產(chǎn)低成本太陽能電池的主要挑戰(zhàn)

今天，一個由大學研究人員組成的國際團隊報告解決了鈣鈦礦電池的主要制造挑戰(zhàn) - 這是硅基太陽能電池的有趣潛在挑戰(zhàn)者。

這些晶體結構顯示出巨大的希望，因為它們可以吸收幾乎所有波長的光。鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)小規(guī)模商業(yè)化，但最近其功率轉換效率(PCE)的巨大改進推動了將它們用作太陽能電池板的低成本替代品的興趣。

在今天在線發(fā)表于2018年6月28日出版的英國皇家化學學會Nanoscale期刊的封面文章中，該研究團隊揭示了一種新的可擴展方法，將關鍵組分應用于鈣鈦礦電池，以解決一些主要的制造挑戰(zhàn)。研究人員能夠以新的方式在鈣鈦礦光伏電池中應用關鍵電子傳輸層(ETL) - 噴涂 - 使ETL具有優(yōu)異的導電性和與其鄰居鈣鈦礦層的強大界面。

該研究由紐約大學Tandon工程學院化學與生物分子工程系副教授AndréD。Taylor領導，鄭一帆是該論文的第一作者，北京大學研究員。共同作者來自中國電子科技大學，耶魯大學和約翰霍普金斯大學。

大多數(shù)太陽能電池都是以這樣的方式分層的材料的“三明治”：當光照射到電池的表面時，它會激發(fā)帶負電的材料中的電子，并通過將電子移向帶正電的“空穴”的網(wǎng)格來建立電流。在具有簡單平面取向的鈣鈦礦太陽能電池中，稱為pin(或倒置時的壓區(qū))，鈣鈦礦構成帶負電的ETL和帶正電的空穴傳輸層(HTL)之間的光捕獲本征層(引腳中的“i”) 。

當正電荷和負電荷層分離時，該結構表現(xiàn)得像Pachinko的亞原子游戲，其中來自光源的光子從ETL中移除不穩(wěn)定的電子，導致它們朝向三明治的正HTL側落下。鈣鈦礦層加速了這種流動。雖然鈣鈦礦因其對空穴和電子的強親和力及其快速反應時間而成為理想的本征層，但商業(yè)規(guī)模制造已證明具有挑戰(zhàn)性，部分原因是難以在鈣鈦礦晶體表面上有效地施加均勻的ETL層。 。

研究人員選擇化合物[6,6] - 苯基-C(61) - 丁酸甲酯(PCBM)，因為它作為ETL材料的記錄，并且因為PCBM應用于粗糙層提供了改善導電性的可能性， - 可穿透的界面接觸和增強的光捕獲。“對平面引腳設計的ETL選項進行的研究很少，”泰勒說。“平面電池面臨的主要挑戰(zhàn)是，你如何以不破壞相鄰層的方式組裝它們?”

最常見的方法是旋轉澆鑄，其涉及旋轉電池并允許向心力將ETL流體分散在鈣鈦礦基底上。但是這種技術僅限于小表面，并導致不一致的層降低太陽能電池的性能。旋轉鑄造也可以通過諸如卷對卷制造的方法商業(yè)化生產(chǎn)大型太陽能電池板，其中柔性銷平面鈣鈦礦結構非常適合。

研究人員轉而采用噴涂技術，將ETL均勻地應用于大面積區(qū)域，適用于制造大型太陽能電池板。他們報告的效率比其他ETL提高了30% - 從PCE的13%到超過17% - 并且缺陷更少。增加泰勒，“我們的方法簡潔，高度可重復，可擴展。它表明噴涂PCBM ETL可以有為了提高鈣鈦礦型太陽能電池的效率基線和提供破紀錄的引腳的理想平臺，廣泛的吸引力鈣鈦礦在不久的將來太陽能電池“。