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

今天，一個(gè)由大學(xué)研究人員組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)報(bào)告解決了鈣鈦礦電池的主要制造挑戰(zhàn) - 這是硅基太陽(yáng)能電池的有趣潛在挑戰(zhàn)者。

這些晶體結(jié)構(gòu)顯示出巨大的希望，因?yàn)樗鼈兛梢晕諑缀跛胁ㄩL(zhǎng)的光。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池已經(jīng)小規(guī)模商業(yè)化，但最近其功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)的巨大改進(jìn)推動(dòng)了將它們用作太陽(yáng)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(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)Nanoscale期刊的封面文章中，該研究團(tuán)隊(duì)揭示了一種新的可擴(kuò)展方法，將關(guān)鍵組分應(yīng)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(yīng)用關(guān)鍵電子傳輸層(ETL) - 噴涂 - 使ETL具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和與其鄰居鈣鈦礦層的強(qiáng)大界面。

該研究由紐約大學(xué)Tandon工程學(xué)院化學(xué)與生物分子工程系副教授AndréD。Taylor領(lǐng)導(dǎo)，鄭一帆是該論文的第一作者，北京大學(xué)研究員。共同作者來(lái)自中國(guó)電子科技大學(xué)，耶魯大學(xué)和約翰霍普金斯大學(xué)。

大多數(shù)太陽(yáng)能電池都是以這樣的方式分層的材料的“三明治”：當(dāng)光照射到電池的表面時(shí)，它會(huì)激發(fā)帶負(fù)電的材料中的電子，并通過(guò)將電子移向帶正電的“空穴”的網(wǎng)格來(lái)建立電流。在具有簡(jiǎn)單平面取向的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，稱為pin(或倒置時(shí)的壓區(qū))，鈣鈦礦構(gòu)成帶負(fù)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(dāng)正電荷和負(fù)電荷層分離時(shí)，該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)得像Pachinko的亞原子游戲，其中來(lái)自光源的光子從ETL中移除不穩(wěn)定的電子，導(dǎo)致它們朝向三明治的正HTL側(cè)落下。鈣鈦礦層加速了這種流動(dòng)。雖然鈣鈦礦因其對(duì)空穴和電子的強(qiáng)親和力及其快速反應(yīng)時(shí)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?yàn)樗鳛镋TL材料的記錄，并且因?yàn)镻CBM應(yīng)用于粗糙層提供了改善導(dǎo)電性的可能性， - 可穿透的界面接觸和增強(qiáng)的光捕獲。“對(duì)平面引腳設(shè)計(jì)的ETL選項(xiàng)進(jìn)行的研究很少，”泰勒說(shuō)。“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(zhuǎn)澆鑄，其涉及旋轉(zhuǎn)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(shù)僅限于小表面，并導(dǎo)致不一致的層降低太陽(yáng)能電池的性能。旋轉(zhuǎn)鑄造也可以通過(guò)諸如卷對(duì)卷制造的方法商業(yè)化生產(chǎn)大型太陽(yáng)能電池板，其中柔性銷平面鈣鈦礦結(jié)構(gòu)非常適合。

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