南京大学谭海仁团队钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池实现大规模制备

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钙钛矿太阳能电池（PSCs）自2009年报导以来，由于其高效能、低成本和简单制备工艺迅速引起了学术界和工业界的广泛关注。其核心材料钙钛矿具有优异的光电特性，如高吸光係数、长载流子扩散长度和高载流子迁移率，使其成为下一代光伏技术的潜力选手。在过去十年间引发了广泛的研究热潮，并被认为是最有潜力替代传统硅太阳能电池的下一代光伏技术之一。 近年来，钙钛矿太阳能电池（PSCs） 的效率不断提升，并在 NREL 的效率认证数据中屡创新高。叠层结构的出现自2017开始，在過去三年中，钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的效率取得显着的突破。以下是一些重要的突破及其学术研究团队：Longi绿能科技公司 (2023年)： 效率：33.9%，该效率突破由NREL认证，是当前世界纪录。沙特阿拉伯国王阿卜杜拉科技大学 (KAUST) (2023年)： 效率：33.7%，KAUST在2023年6月宣佈其钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池效率达到33.7%。 以上资料来源参考: 美国国家可再生能源实验室 (NREL)钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，更是被认为是未来实现更高效率和更低成本的理想方案。然而，在空气环境下实现宽带隙钙钛矿 (~1.68 eV) 的可扩展制备一直是一个巨大的挑战，因为水分会加速钙钛矿薄膜的降解。南京大学谭海仁教授团队近期取得重大突破，他们在研究中发现，溶剂的性质对水分干扰的影响程度至关重要。通过深入研究，他们发现正丁醇 (nBA) 由于其低极性和中等挥发速率，不仅可以有效缓解空气环境中水分对钙钛矿薄膜的负面影响，還可以提高钙钛矿薄膜的均勻性，进而实现可扩展制备。突破性的研究成果利用正丁醇 (nBA) 的优势，谭海仁教授团队成功在空气环境下製备了高性能的宽带隙钙钛矿薄膜，并将其应用于钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池。该团队最终实现了令人印象深刻的效率：双面纹理化钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，採用大尺寸金字塔结构 (2-3 微米)，效率达到 29.4% (经认证为 28.7%)。16 平方厘米的开孔面积，效率达到 26.3%。Enlitech 设备的助力谭海仁教授团队在研究中使用了光焱科技 (Enlitech) 的 QE-R 光伏/太阳能电池量子效率量测方案 和 SS-X 系列太阳光模拟器，这两款设备在钙钛矿太阳能电池的性能测试和评估中发挥了至关重要的作用。lQE-R 光伏/太阳能电池量子效率量测方案可以测量不同波长光照下器件的外部量子效率 (EQE)，帮助研究人员分析光电转换过程，优化器件结构和材料选择。该设备能够提供关于器件在不同波长下光电转换效率的信息，帮助研究人员深入了解材料的光电特性，并优化器件设计，提高能量转换效率。lSS-X 系列 AM1.5G太阳光模拟器可以精确模拟太阳光谱，为钙钛矿太阳能电池提供真实的测试环境，确保测试结果的准确性和可靠性。该设备模拟光谱的精度和稳定性，对于准确评估钙钛矿太阳能电池的性能至关重要。未来展望未来可能运用的领域  l建筑整合光伏（BIPV）: 提供可观的电力输出，同时兼具美观和功能性。l移动装置：其轻薄和高效能，叠层钙钛矿太阳能电池可以用于移动装置如智能手机、笔记本电脑和无人机等，提供持久的电力支持。l大规模电力生产：有望在大规模光伏电站中应用，为电网提供稳定的可再生能源。l穿戴设备：其灵活性和高效能，可以为智能手錶和其他可穿戴设备提供持续的电力来源。谭海仁教授团队的突破性研究成果，为钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的大规模生产开闢了新的道路，也标志着该技术朝着商业化应用迈出了重要一步。未来，研究人员将继续探索更有效的材料和工艺，进一步提高钙钛矿/硅串联太阳能电池的效率和稳定性，推动该技术成为下一代光伏技术的核心力量。Fig S15. 显示了 8 个独立的 0.049 cm2 钙钛矿太阳能电池的 EQE 光谱。展示了不同器件的 EQE 特性。Fig S17. 显示了器件 (1.044 cm2 开孔面积) 的 J-V 曲线。展示了器件的电流-电压特性。Fig S22. 显示了具有较厚钙钛矿层的器件的 J-V 曲线。展示了器件的电流-电压特性。Fig. S23 显示了具有较厚钙钛矿层的器件的 EQE 曲线。展示了器件的外部量子效率特性。Fig. S32 显示了具有和没有钙钛矿过滤器的纹理化硅异质结的 J-V 曲线。展示了钙钛矿过滤器对器件性能的影响。Fig. S37 显示了 (a) 钙钛矿/硅串联太阳能电池的图像，以及 (b) 刮刀涂佈的纹理化单片式钙钛矿/SHJ 串联电池 (16 cm2) 在不同位置的 EQE 光谱。Fig. S42 显示了钙钛矿/硅串联太阳能电池 (16 cm2) 的 J-V 曲线。本参数采用光焱科技QE-R 光伏 / 太阳能电池量子效率测量解决方案及SS-X 系列AM1.5G 标准光谱太阳光模拟器参考文献: Solvent engineering for scalable fabrication of perovskite/silicon tandem solar cells in air. nature communications推薦設備_1.      SS-PST100R AM1.5G 可变标准光谱模拟光源  具有以下特色优势：l采用光焱最新的单氙灯光源光谱控制技术，可在单一氙灯光源下将光谱修饰，达到氙灯加卤灯双光源光谱等级。l输出光谱由 300-1700nm 均可符合 1.5G 光谱要求其平均光谱失配 ≤ 6% (IEC 60904-9：2020) 。l仅采用单氙灯，因此无双光源两灯泡寿命不匹配，以及一般卤灯仅 50 小时寿命之问题。l具有A++光谱等级，其氙灯寿命可超过1,000小时，克服了双光源卤素灯灯泡寿命不到50小时之缺点。l大幅缩减光源调校时间，并增加系统测试结果的数据重现性。单灯源的设计，相较多灯珠 LED 型的模拟器有更好的 SPC 光谱覆盖率与更低的 SPD 光谱偏差率，可提供更为准确的叠层太阳能电池测试结果。