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[材料资讯] 刘明侦教授团队在Advanced Materials发表研究成果

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发表于 2022-9-13 17:10:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
2022年8月19日,我院刘明侦教授团队在材料领域国际顶级期刊Advanced Materials《先进材料》上发表了题为“Fully Textured, Production-line Compatible Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells Approaching 29% Efficiency”的研究型论文。该工作由电子科技大学、中科院上海微系统与信息技术研究所、中国工程物理研究院三个单位合作完成。我校材料与能源学院刘明侦教授、中科院上海微系统与信息技术研究所刘正新研究员为论文共同通讯作者,电子科技大学材料与能源学院为论文第一通讯单位,博士后毛霖与博士研究生杨田、张浩为论文共同第一作者。
        近年来,将新型钙钛矿与传统硅基材料进行叠加形成的两端叠层太阳能电池器件成为国际前沿研究热点,然而目前产线兼容的大绒面钙钛矿/硅基叠层太阳能电池最高认证效率仅25.2%,与平面、微绒面叠层太阳能电池效率仍然存在较大差距(图1)。如何直接利用现有商业化大绒面硅基电池制备高效率叠层太阳能电池器件是当前亟待解决的重要难题。
       该研究工作提出了一种纳米级超薄NiOx/2PACz复合空穴传输层的保形制备策略,解决了在商业微米级粗糙硅表面(陷光金字塔结构平均尺寸2~5 μm)制备纳米级超薄电荷传输层与钙钛矿薄膜的技术难题,实现了产线兼容的钙钛矿/硅基两端叠层太阳能电池效率28.84%的突破,推动了该类叠层太阳能电池的低成本产业化技术发展。

钙钛矿

钙钛矿
图1.(a)四种钙钛矿/硅两端叠层太阳能电池器件结构示意图;(b)已发表的基于抛光、微绒和大绒面三类叠层电池效率随时间的发展图。
       该研究工作利用商业成熟的ITO复合层替代复杂工艺的微晶硅隧穿结,并通过低温磁控溅射与分子自组装技术设计了纳米级超薄NiOx/2PACz的复合空穴传输层结构。其中NiOx中间层增强了2PACz分子的化学吸附作用,DFT计算结果表明ITO上2PACz分子的吸附能为-0.79eV,而在ITO/NiOx上2PACz分子的吸附能提升到-3.28eV,化学吸附能的增加提升了2PACz在NiOx薄膜上的致密性与均匀性,降低了ITO和钙钛矿层之间的直接接触几率,有效解决了大绒面硅表面超薄空穴传输层难以均匀覆盖而造成的漏电损耗。2PACz分子一方面调控了NiOx表面的亲疏水性质,增大了钙钛矿薄膜晶体质量,提升了载流子寿命;另一方面显著优化了NiOx表面的功函数,提升了载流子的界面输运性质。最终,基于复合NiOx/2PACz空穴传输层制备的钙钛矿单结和钙钛矿/硅基叠层器件分别实现了21.31%和28.4%的效率(图2),其中产线兼容的钙钛矿/硅基两端叠层电池第三方认证(中国测试技术研究院)效率达到28.84%,是目前为止国内外文献报道的产线兼容的钙钛矿/硅基两端叠层太阳能电池的最高认证效率。本研究成果,一方面解决了现有产线硅基电池需要抛光、微制绒等额外处理才能实现高效叠层太阳能电池的技术瓶颈,推动了钙钛矿/硅基叠层太阳能电池的低成本产业化发展;另一方面,磁控溅射、气相沉积等工业化技术的应用也为高效钙钛矿/硅基叠层电池大面积化、规模化制备提供了技术支撑。

钙钛矿

钙钛矿
图2.(a)产线兼容的钙钛矿/硅基叠层太阳能电池器件结构示意图;(b)钙钛矿/硅基叠层电池截面扫描电子显微镜图;(c)钙钛矿/硅基叠层电池器件实物的正面、背面照片;(d)基于NiOx、2PACz和NiOx/2PACz三种空穴传输层的钙钛矿/硅基叠层电池的最优化电流密度-电压曲线以及光伏性能参数;(e)冠军效率电池器件的正反扫电流密度-电压曲线以及外量子效率图;(f)基于NiOx、2PACz和NiOx/2PACz三种空穴传输层的钙钛矿/硅基叠层电池的光伏性能参数分布统计;(g)第三方测试机构——中国测试技术研究院的认证效率。
        论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206193
              文章来源:电子科技大学
        刘明侦,电子科技大学教授,博士生导师,第十二批国家青年人才入选者。2012年在英国剑桥大学工程制造中心以剑桥大学荣誉硕士研究生毕业。2012年加入牛津大学光伏光电研发中心,在Henry James Snaith教授与Michael Johnston教授的指导下,两年完成了博士学位。2013年9月,其首篇基于有机铅卤钙钛矿平面异质结太阳电池的论文在Nature上发表,Google 学术目前引用量已超过3200次,成为钙钛矿太阳能电池领域内他引次数最高的三篇论文之一。目前已在Nature、Energy & Environmental Science、Materials Horizons、Journal of Physical Chemistry Letter等国际知名期刊发表多篇高质量学术论文。


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