美國(guó)科學(xué)家探索了鈣鈦礦太陽能電池的所有背接觸結(jié)構(gòu)的使用。該小組注意到這一戰(zhàn)略的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，以及需要克服的挑戰(zhàn)。最終，這項(xiàng)工作勾勒出一條將電池效率提高到20%以上的途徑。

NREL的科學(xué)家們已經(jīng)對(duì)鈣鈦礦的背接觸設(shè)計(jì)進(jìn)行了數(shù)年的試驗(yàn)，包括2018年生產(chǎn)的這種“可涂漆”電池。他們的最新工作概述了高效背接觸鈣鈦礦太陽能電池面臨的挑戰(zhàn)。圖片：丹尼斯施羅德/NREL

在優(yōu)化有源電池材料方面取得了快速進(jìn)展，鈣鈦礦光伏器件的研究人員正在將注意力轉(zhuǎn)向構(gòu)成光伏器件的其他重要層，以及這些層之間的界面，以進(jìn)一步提高性能。

全背接觸(ABC)電池架構(gòu)——電子傳輸層和空穴傳輸都沉積在電池的背面——在硅光伏中顯示出性能優(yōu)勢(shì)，盡管與其他硅電池類型相比增加的加工成本意味著它們只是屋頂光伏市場(chǎng)的小眾產(chǎn)品。

由美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家決定在鈣鈦礦設(shè)備中測(cè)試ABC結(jié)構(gòu)，首先推斷沒有前接觸層可以通過允許更多光到達(dá)鈣鈦礦層來提高效率，其次，它們?yōu)檎驸g化和封裝開辟了新的可能性——潛在地提高了器件的穩(wěn)定性，最后，它們?cè)试S使用原位技術(shù)在運(yùn)行期間分析器件。

在界面

然而，該小組指出，將兩個(gè)層放在同一側(cè)也帶來了許多挑戰(zhàn)。他們能夠以略高于10%的效率制造ABC鈣鈦礦電池，與之前在2020年10月實(shí)現(xiàn)的4.4%相比有了顯著提高。關(guān)注傳輸層之間的界面是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵，隨后進(jìn)行了紫外線臭氧暴露過程通過在300攝氏度的溫度下退火，結(jié)果顯示既可以降低空穴傳輸層中的缺陷密度，又可以去除電子傳輸層中的污染物，從而增加電壓和電流收集。

在制造電池后，該小組使用復(fù)雜的成像和建模技術(shù)來找出性能損失發(fā)生的位置以及如何防止它們，這樣他們就能夠提供實(shí)現(xiàn)超過20%標(biāo)記的效率的途徑。這項(xiàng)工作在CellReportsPhysicalScience上發(fā)表的論文ComplementaryinterfaceFormingtohigh-efficiencyall-back-contactperovskitesolarcells中有完整描述。

建模表明，關(guān)注層界面處的缺陷、空穴選擇性接觸的功函數(shù)和正面鈍化將是將ABC電池效率提高到20%或更高的最佳策略。