谭海仁课题组在宽带隙钙钛矿太阳能电池研究上

图1. A. 各种光伏技术所需元素的丰度;B.钙钛矿光伏电池的器件结构;C. 单结钙钛矿光伏电池效率进展及其与电池面积的关系。

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该工作中谭海仁教授得到中组部“青年千人”及荷兰科学研究组织“Rubicon Fellowship”等项目的资助。感谢固体微结构国家实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室的大力支持。

近年来,晶体硅太阳能电池效率不断提升,几近理论极限,持续增加的空间有限。光伏系统的成本取决于电池的光电转换效率,如何继续提高太阳能电池的光电转化效率对于降低发电成本,促进太阳能电池产业的发展有着至关重要的意义。制备更低成本、更高效率的太阳能电池是未来进一步降低光伏发电成本、实现平价电网目标的关键。构筑多结太阳能电池是提升光伏器件转换效率的重要途径,结合具有低成本的钙钛矿和工艺成熟的晶体硅,则有望在已大规模应用的晶体硅太阳能电池技术上大幅提升硅电池的转率效率,实现低成本、高效率的叠层光伏组件。钙钛矿太阳能电池以其成本低、制备方法简单且转化效率高的优点,近年来在光伏研究领域独树一帜,展现出巨大的商业化潜力。

钙钛矿光伏材料以其优异的光电性能,近年来在众多光伏材料中异军突起。钙钛矿光伏电池的光电转换效率高、制造成本低,且不需要稀有元素,备受产业界的关注。目前,实验室小面积的钙钛矿光伏电池的认证效率已达23.3%,但其稳定性和规模化制备还未能达到实用化的程度。近日,南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授与华中科技大学韩宏伟教授团队、加拿大多伦多大学Edward Sargent教授、韩国蔚山国家科学技术研究院Sang Il Seok、美国科罗拉多大学Michael McGehee教授合作在《Science》上发表综述论文“Challenges for Commercializing Perovskite Solar Cells” (全文链接:http://science.sciencemag.org/content/361/6408/eaat8235),探讨钙钛矿光伏电池产业化所面临的挑战及实现产业化仍需努力研究的方向。

图1:引入偶极性甲胺阳离子后宽带隙钙钛矿太阳能电池的光伏性能比较,少量甲胺离子的加入可以显著提升电池的开路电压和填充因子,抑制电池的J-V迟滞现象,小面积电池转换效率高达20.7%,大面积器件效率达19.3%。

钙钛矿光伏电池的结构主要分为介孔结构、平面结构、三层介孔结构和叠层结构。与其它光伏技术相似,钙钛矿光伏电池的面积增大会导致光电转换效率的下降。制作中等尺寸的光伏组件可使用丝网印刷、涂布和蒸发等方法。未来,制作大面积、高均匀性、高效率的钙钛矿薄膜组件仍需探索其它更加有效的制备方法。

(现代工程与应用科学学院 科学技术处)

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