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2023 Joule(IF:46.048):埃爾朗根-紐倫堡大學Tian Du&Christoph J. Brabecn與Tian Du團隊實現空穴傳輸雙層的完全印刷碳電極鈣鈦礦太陽能電池效率19.2%

顶尖团队的选择

在追求可持续能源解决方案的过程中,科学家们不断突破可能性的界限。其中一个前沿领域是发展钙钛矿太阳能电池(PSCs),这是一项有望革命化太阳能产业的技术。最近,由埃尔朗根-纽伦堡大学著名学者Tian Du&Christoph J. Brabecn与Tian Du所领导的研究团队于Joule刊发的「Efficient, stable, and fully printed carbon-electrode perovskite solar cells enabled by hole-transporting bilayers」一文在这方面取得了重大突破,展示了可列印碳电极作为钙钛矿太阳能电池中传统金属电极的低成本高效替代方案的潜力。

商业化钙钛矿光伏技术的挑战

钙钛矿光伏技术的商业化一直面临挑战,原因是热蒸发贵金属成本高昂,目前占整个设备成本的70%以上。因此,寻找一种低成本、可列印的背电极材料对于使钙钛矿太阳能电池具有商业可行性至关重要。

碳黑由于其地球蕴藏丰富、低成本和结构和化学稳定性而成为一个有前途的候选材料。碳电极的制造过程与已建立的印刷技术相容,使其适合扩大生产。此外,碳电极可以解决与金属电极例如金属在界面上的扩散或金属被卤化物腐蚀等相关的不稳定性问题。

载流子传输层(HTLs)的作用

通过调节载流子传输层(HTLs),可以显著提高钙钛矿太阳能电池的性能。然而HTLs的设计规则因器件结构、电极材料和HTL厚度而异,举例来说对HTL的掺杂就于对于实现低电阻载流子传输和与金属电极形成准欧姆接触相当重要。

另一方面,较浅的HOMO(最高占据分子轨域)能级可以减小HTL与电极之间的载流子注入能障,但也可能限制所获得的开路电压(VOC),因为准费米能阶固定。

解决方案:载流子传输双层(HTbL)结构

在他们的研究中,研究人员提出了一种连续的刮刀涂布策略,以在钙钛矿层和碳电极之间沉积两种有机半导体,形成载流子传输双层(HTbL)结构。该结构在界面处形成能量层级,外层HTL加强了与碳电极的欧姆接触,而内层HTL降低了钙钛矿的表面复合。这种创新方法实现了稳定的19.2%最高转换效率。

##钙钛矿太阳能电池的未来

这项研究凸显了完全环境可列印的钙钛矿太阳能电池的潜力,可以转移到连续卷对卷生产中。这些碳电极钙钛矿太阳能电池的转换效率接近旋转涂覆活性层的最新技术水平,这是太阳能光伏技术商业化的一个重大步骤。

可列印碳电极钙钛矿太阳能电池的开发证创新,可不断突破可能性的界限,让太阳能的未来看起来比以往更加有希望。

该研究团队中使用的关键工具是来自Enlitech的QE-R量子效率测量系统。 Enlitech的QE-R具有以下几个优势,对团队的研究起到了关键作用:

  1. 可靠性和信誉:Enlitech是获得ISO 17025量子效率校准和测试认证的量子效率系统制造商。 QE-R系统被提及在超过1000篇SCI期刊论文中,这显示了科学界对该系统的广泛接受和信任。
  2. 精巧而灵活:QE-R系统将所有光学和机械组件集成在一个紧凑的主体内,节省了实验室空间,同时保持了对各种类型太阳能电池测试夹具的灵活性。
  3. 完整的手套箱集成:QE-R系统提供简单完整的手套箱集成解决方案。这一功能对于像钙钛矿这样的敏感材料特别有益,这需要在受控环境下进行准确的特性表征。

团队使用Enlitech的QE-R系统凸显了可靠而准确的工具在科学研究中的重要性。该系统能够快速而准确地提供量子效率、EQE、IPCE、IQE和光谱响应数据,在团队探索和优化可列印碳电极钙钛矿太阳能电池方面起到了至关重要的作用。

这项研究的成功不仅突显了钙钛矿太阳能电池的潜力,也证实了像Enlitech QE-R系统这样的高精密度精准效率量测工具在推动太阳能技术界限突破上之重要性。

原文连结

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435123002283

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