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Nature (IF 69.504):阿布都拉国王科技大学(KAUST)研究团队提出超薄IZO接触层使钙钛矿/硅串联太阳电池大幅提高效率

重点摘要

该研究论文发表于Stefaan De Wolf、Esma Ugur、Erkan Aydin等来自阿布都拉国王科技大学(KAUST)的研究者。

  • 单片钙钛矿/硅串联太阳电池可以达到高转换效率,但优化子电池间的界面联系至关重要。
  • 使用超薄(5纳米)非晶氧化铟锌(IZO)中间层改善了子电池间的电接触和自组装单层覆盖。
  • 通过优化的IZO中间层和接触层堆栈,钙钛矿/硅串联太阳电池获得了5%的认证转换效率,位居所报道效率的最高水平。
  • 该超薄IZO方法使铟的消耗量降低了约80%,对实现可持续制造意义重大。

研究背景

钙钛矿/硅串联太阳电池通过组合两种材料的互补光吸收可以达到较高的转换效率。使用自组装单层(SAM)在透明导电层上连接钙钛矿和硅子电池可以实现子电池间高效的电荷传递。但是,在纹理硅表面上获得均匀的SAM覆盖层至今仍存在困难,这限制了钙钛矿/硅串联电池可重复性高效率的实现。研究人员使用了超薄非晶氧化铟锌中间层来实现子电池间出色的SAM覆盖和耦合。

研究成果

  • 单片钙钛矿/硅串联太阳电池可以达到高转换效率,但需要在纹理硅上获得均匀的自组装单分子层(SAM)覆盖以保证可重复性能。
  • 使用超薄(5纳米)非晶态氧化铟锌(IZO)作为连接透明导电氧化层(TCO)可以解决SAM覆盖问题。
  • 与晶态TCO相比,IZO提供了更高的表面电位均匀性和更多的SAM锚定位点。
  • 结合5纳米IZO连接层与光学增强,钙钛矿/硅串联电池获得5%的认证转换效率记录。
  • 相对标准TCO厚度,超薄IZO方法使铟的消耗降低了约80%,使光伏制造更加可持续。

研究方法

  • 使用5纳米超薄非态IZO作为子电池间的连接TCO。
  • IZO实现了均匀的SAM覆盖和高密度的锚定位点。
  • 沉积薄IZO作为硅背电 contact。
  • 优化前电 contact 层堆栈。
  • 制备单片钙钛矿/硅串联电池与IZO层。
  • 独立认证功率转换效率。

结论

研究者开发的超薄IZO中间层方法解决了单片钙钛矿/硅串联太阳电池在纹理硅表面实现均匀SAM覆盖的问题。这种与非晶态IZO contact 的界面工程使钙钛矿和硅子电池之间实现了高效的光电耦合。关键的可持续性优势是, 与标准的较厚触点相比,超薄IZO层使铟的消耗量降低了约80%。这种有前途的IZO中间层策略可以实现这种新一代串联电池进一步的界面优化和转换效率提高。

SI Fig. 5 | 电致发光分析

SI Fig. 6 | MPPT 分析

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