今日Science背靠背：大神组团来相会，把钙钛矿太阳能电池进行到底！
坡肉先生
2020-03-06
钙钛矿太阳能电池发展至今，已有十个年头。如何商业化，是当今科学界和产业界普遍关注的终极命题。按照现在的趋势来看，钙钛矿电池商业化的第一步，还是要和老霸主合作，硅-钙钛矿叠层钙钛矿电池应该会首先实现突破。2020年3月6日，Science在线报道了2篇研究论文，报道了硅-钙钛矿叠层钙钛矿电池的最新进展。一篇来自多伦多大学Edward H. Sargent 和阿卜杜拉国王科技大学Stefaan De Wolf团队，报道了将溶液处理的微米级钙钛矿顶部电池与完全纹理化的硅异质结底部电池相结合的双叠层电池。另一篇来自科罗拉多大学Michael D. McGehee和徐集贤（中科大）团队，使用三卤化物合金（氯，溴，碘）可有效地形成1.67电子伏特宽带隙钙钛矿顶部电池，以调整带隙并稳定半导体在光照下的情况。下面，我们对2篇文章作简要介绍，希望对相关领域研究人员有所启发。1. Science：25.7%效率！高效钙钛矿-硅串联太阳能电池堆叠具有较小带隙的太阳能电池以形成双结膜，这有可能克服光伏电池的单结Shockley-Queisser极限。固溶钙钛矿的快速发展带来了钙钛矿单结效率超过25％。但是，该工艺尚未能够与行业相关的纹理化晶体硅太阳能电池进行单片集成。有鉴于此，多伦多大学Edward H. Sargent 和阿卜杜拉国王科技大学Stefaan De Wolf团队报道了将溶液处理的微米级钙钛矿顶部电池与完全纹理化的硅异质结底部电池相结合的双叠层电池。
1）为了克服微米级钙钛矿中电荷收集的挑战，研究团队将硅锥体底部的耗尽宽度增加了三倍。此外，通过将自限钝化剂（1-丁硫醇）锚固在钙钛矿表面上，作者增加了扩散长度并进一步抑制了相偏析。2）这些综合的增强功能使钙钛矿硅串联太阳能电池的独立认证效率达到了25.7％。在85°C下进行400小时的热稳定性测试后以及在40°C下在最大功率点跟踪400小时后，其性能损失可忽略不计。
Yi Hou et al. Efficient tandem solar cells with solution-processed perovskite on textured crystalline silicon, Science, 2020.DOI: 10.1126/science.aaz3691.https://science.sciencemag.org/content/367/6482/11352. Science：27%效率！高效钙钛矿-硅串联太阳能电池宽带隙金属卤化物钙钛矿有望将半导体与串联太阳能电池中的硅配对，以追求以低成本实现大于30％的功率转换效率（PCE）的目标。但是，宽带隙钙钛矿太阳能电池从根本上受到了光致相分离和低开路电压的限制。有鉴于此，科罗拉多大学Michael D. McGehee和中科大徐集贤团队报道了使用三卤化物合金（氯，溴，碘）可有效地形成1.67电子伏特宽带隙钙钛矿顶部电池，以调整带隙并稳定半导体在光照下的情况。
1）通过增加溴的碘含量来缩小晶格参数，从而提高了氯的溶解度，从而使光子的寿命和电荷的迁移率提高了2倍。即使在100阳光照射强度下，薄膜中的光诱导相偏析也得到抑制，并且在60°C的最大功率点（MPP）运行1000小时后，半透明顶部电池的降解小于4％。2）通过将这些顶部电池与硅底部电池集成在一起，在面积为1 cm2的两端单片式串联中实现了27％的PCE。Jixian Xu et al. Triple-halide wide–band gap perovskites with suppressed phase segregation for efficient tandems, Science, 2020.DOI: 10.1126/science.aaz5074.https://science.sciencemag.org/content/367/6482/1097
