- 蘇州大學(xué)王長(zhǎng)擂/李孝峰團(tuán)隊(duì)在全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池方面取得新進(jìn)展
- 發(fā)布日期：2022-07-27
近日，蘇州大學(xué)王長(zhǎng)擂-李孝峰團(tuán)隊(duì)在全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Energy上。
“雙碳”目標(biāo)是我國(guó)作出的重大戰(zhàn)略決策，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)將重塑我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和能源結(jié)構(gòu)，改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活方式。發(fā)展清潔低成本的太陽(yáng)能光伏器件，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑與技術(shù)保障。近年來(lái)，有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的光電特性，在光伏、探測(cè)、發(fā)光等領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有高效率、低成本等優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建基于鈣鈦礦材料的疊層太陽(yáng)能電池，突破單結(jié)光伏器件的效率極限，是提升鈣鈦礦光伏效率與應(yīng)用的有效途徑。全鈣鈦礦疊層器件由不同帶隙子電池串聯(lián)而成，通常寬、窄帶隙吸光層分別使用溴元素和錫元素?fù)诫s，由于摻雜鈣鈦礦材料的晶粒生長(zhǎng)機(jī)制不同，最終造成結(jié)晶過(guò)程不可控、晶粒尺寸較小、晶體質(zhì)量差等問(wèn)題，進(jìn)而影響鈣鈦礦光伏器件性能。
目前，國(guó)際上尚無(wú)普適方法可同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同組分鈣鈦礦薄膜的高質(zhì)量結(jié)晶調(diào)控。針對(duì)上述問(wèn)題，光電科學(xué)與工程學(xué)院王長(zhǎng)擂副教授、李孝峰教授與合作者發(fā)展了一套具有普適性的鈣鈦礦薄膜結(jié)晶調(diào)控方法。通過(guò)構(gòu)筑限域退火方法（Close Space Annealing，CSA），延緩了鈣鈦礦中間相薄膜內(nèi)部溶劑的揮發(fā)速度，采用不同透氣性襯底，精確調(diào)控殘余溶劑含量和揮發(fā)路徑，使其在有限空間內(nèi)參與結(jié)晶過(guò)程，促進(jìn)晶粒的生長(zhǎng)與融合。相比傳統(tǒng)退火方式，限域退火方法制備的鈣鈦礦吸光薄膜晶粒尺寸明顯增加、載流子壽命顯著提升、缺陷態(tài)密度顯著降低，相應(yīng)的器件表現(xiàn)出更高的效率潛力。該限域退火方案對(duì)于寬帶隙和窄帶隙鈣鈦礦材料均表現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)晶調(diào)控效果，助力得到高質(zhì)量單結(jié)寬帶隙和窄帶隙鈣鈦礦電池，其效率分別超過(guò)18%和21%。進(jìn)一步結(jié)合疊層太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)全鈣鈦礦四端和兩端疊層太陽(yáng)能電池，其效率均超過(guò)25%，并取得專業(yè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)認(rèn)證。此項(xiàng)工作為有效控制鈣鈦礦結(jié)晶過(guò)程提供了巧妙的技術(shù)方案，促進(jìn)了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的進(jìn)一步發(fā)展，并展示了該方法在疊層太陽(yáng)能電池和大面積制備方面的潛力，為量產(chǎn)化制備全鈣鈦礦疊層組件打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
相關(guān)成果以“A universal close-space annealing strategy toward high-quality perovskite absorbers enabling efficient all-perovskite tandem solar cells”為題，在Nature Energy上發(fā)表。
項(xiàng)目資助：本工作得到國(guó)家重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃（2019YFE0120000）、國(guó)家自然科學(xué)基金（61875143、62005188、62174112、62120106001）、江蘇省自然科學(xué)基金（BK20190825）、中央高校基本科研基金（2021SCU1205、YJ201955）、四川省科技計(jì)劃（2020JDJQ0030）、四川大學(xué)特色工程團(tuán)隊(duì)（2020SCUNG102）、蘇州大學(xué)數(shù)碼激光成像與顯示教育部工程研究中心的支持。
