2019年7月18日
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谭海仁教授与多伦多大学合作研制高效率钙钛矿太阳能电池

2019年2月10日,我校现代工程与应用科学学院谭海仁教授课题组与多伦多大学Edward Sargent教授课题组共同发表了钙钛矿太阳能电池的最新研究成果。研究揭示,原位背接触钝化对钙钛矿太阳能电池光电性能有显著的提升,以该技术制备的平面型钙钛矿太阳能电池稳态效率达到21.6%。该成果以《In Situ Back-Contact Passivation Improves Photovoltage and Fill Factor in Perovskite Solar Cells 》为题,发表在Advanced Materials上(https://doi.org/10.1002/adma.201807435),谭海仁教授和Sargent教授为共同通讯作者。

钙钛矿太阳能光伏电池作为一种低成本光伏技术,其光电转化效率的认证纪录已经达到了23.7%。钙钛矿太阳能电池效率的快速提升主要归功于三个方面的研究:组分工程、结晶过程调控和电荷传输层改性。

太阳能电池的性能依赖于在界面处有效电荷载流子提取,电子传输层(ETL)和空穴传输层(HTL)通常是重掺杂的,以确保足够的导电性;然而,这种重掺杂也会提高导钙钛矿/ ETL(HTL)界面的复合损失。在钙钛矿吸收层(图1a)顶部,即在n-i-p器件中的钙钛矿/ HTL界面处的接触钝化,需要更精细的化学处理以确保钙钛矿薄膜不被破坏。在n-i-p结构太阳能电池中的钙钛矿/ HTL界面处实施接触钝化并降低界面复合损失,同时能够有效地提取空穴。

图1 含原位背接触钝化的钙钛矿太阳能电池器件结构

该项工作提供了一种新型的原位背接触钝化策略。受晶体硅电池中本征非晶硅实现接触钝化的启发,团队使用一种本征(未掺杂)的半导体聚合物薄膜对钙钛矿电池实现原位背接触钝化。研究人员发现,聚合物的半导体特性以及它们与钙钛矿的能带匹配对实现高开压和高填充因子起到了关键作用。通过应用原位背接触钝化策略,在1.53 eV带隙的平面钙钛矿电池中实现了1.15 V的开路电压和83%的填充因子以及21.6%的稳钛效率,这是平面器件中报道的最高效率之一。

该工作中谭海仁教授得到中组部“青年千人”及荷兰科学研究组织“Rubicon Fellowship”等项目的资助。感谢固体微结构国家实验室(筹)、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室的大力支持。

全文链接:https://doi.org/10.1002/adma.201807435

谭海仁教授课题组网页:https://hairentan.wixsite.com/nju-solarlab-ch

(现代工程与应用科学学院 科学技术处)