2019-07-11 23:51:02
更接近商业太阳能电池的清晰步骤

由KAUST研究人员开发的合成方法可生成均匀且无缺陷的晶体,可快速跟踪钙钛矿太阳能电池的商业化。

“钙钛矿太阳能电池是发展最快的光伏技术,其功率转换效率从2009年的3.8%上升到2019年的单结设备的24.2%,”负责Omar Mohammed的研究负责人Osman Bakr说。这种性能的快速提高与廉价和简单的器件制造有关,这使得这些太阳能电池具有商业吸引力。

太阳能电池的性能和稳定性取决于钙钛矿薄膜的形态,钙钛矿薄膜充当器件中的光捕获层。这些材料除了成本低,易于加工外,还具有优异的光学和传输性能。混合铅基钙钛矿结合了甲基铵阳离子与几种卤化物,例如溴和碘的阴离子形式,呈现出窄且可调的光学带隙。该带隙接近达到单结太阳能电池的最大转换效率所需的理论值。因此,perokskites可以成为硅基太阳能材料的替代品。

然而,现有的钙钛矿太阳能电池通常由高度无序和有缺陷的多晶薄膜组成,这阻止了器件达到最佳性能。

为了解决这个问题,Bakr和Mohammed现在已经生产出高纵横比的单晶甲基铵三碘化铅钙钛矿薄膜。他们通过在两个聚合物涂覆的基材之间开始结晶来实现这一点,然后在加热下将晶体生长物理地限制在一个维度。

与它们的多晶对应物相比,单晶钙钛矿显示出显着更低的缺陷密度和更高的电荷载流子扩散长度:这是它们保持光产生的电子与带正电的空穴分离并产生电流的能力的量度。因此,“我们推断这些单晶为钙钛矿太阳能电池技术提供了克服这些局限性并尽可能接近理论效率极限的机会,”穆罕默德说。

该晶体的厚度为20微米,面积为几平方毫米,提供了高质量的太阳能电池,其最大功率转换效率为21.09%。这些器件为钙钛矿单晶太阳能电池创造了新的性能记录。

“我们对这些结果感到惊喜,”Bakr说。他补充说,研究人员最初认为他们需要生长比20微米更薄的晶体才能达到这种性能,并且生长薄晶体极具挑战性。

研究人员认为,这种记录效率突出了单晶在含钙钛矿器件开发中的潜在作用,与多晶体对应物的路径并行。

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