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综述:大面积钙钛矿太阳能电池研究进展

浏览: 发表时间:2020-12-31 16:07:07

来源:中国激光

目前,高效小面积钙钛矿太阳能电池一般利用旋涂法制备,大面积钙钛矿太阳能电池的光电转换效率与之相比仍存在差距。此外,利用旋涂法很难得到高质量的钙钛矿薄膜(面积>1 cm2)。因此,要制备高效大面积钙钛矿太阳能电池,制备方法、钙钛矿以及载流子传输层的制备条件都需要做进一步改进。

01大面积钙钛矿太阳能电池制备方法

为得到均匀且高质量的钙钛矿薄膜,大面积薄膜制备方法被应用到钙钛矿太阳能电池制备中,例如刮涂法、狭缝法、喷涂法、喷墨印刷和卷对卷法等。通过对大面积制备方法细节的优化来提高大面积钙钛矿太阳能电池的性能,例如衬底加热以及N2流辅助成膜等。

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图:大面积钙钛矿太阳能电池制备方法。图 a-f 分别是旋涂法、刮涂法、狭缝法、喷涂法、喷墨印刷和卷对卷法

02高质量钙钛矿薄膜生长

制备高效小面积钙钛矿太阳能电池的方法也可以应用到大面积器件制备中。钙钛矿吸光层决定整个器件的性能,通过对钙钛矿前驱体溶液的调控可以制备高质量钙钛矿薄膜,进而提升大面积钙钛矿太阳能电池的性能。例如通过对溶解钙钛矿溶剂的优化、组成钙钛矿组分的调控以及添加剂的辅助成膜等方式来制备均匀且高质量钙钛矿吸光层。

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图:调控钙钛矿前驱体制备高质量钙钛矿薄膜。(a, b)溶剂;c 组分;d 添加剂

03载流子传输层制备

载流子传输层在钙钛矿太阳能电池中的作用是对载流子进行抽取和输运。在大面积钙钛矿太阳能电池中,需要选择合适的载流子传输层。  

目前已有众多关于载流子传输层优化的研究报道。以Spiro-OMeTAD为例,它是高效钙钛矿太阳能电池的首选,但是由于其较快的结晶性导致其在大面积器件制备应用中器件性能衰减。Cheng等通过对Spiro-OMeTAD的改性,利用 Bifluo-OMeTAD作为器件的空穴传输层,抑制了空穴传输层在Slot-die工艺印刷过程中的快速结晶,进而提升了利用器件的性能。该工作为选择合适的载流子传输层提供了新的思路。

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图:(a、b)器件结构和器件J-V曲线;(c、d) Bifluo-OMeTAD和Spiro-OMeTAD结构以及器件的J-V曲线;(e、f) 使用P3HT作为HTL的器件结构和I-V曲线;(g、h) GO和Cl-GO的DFT模拟以及不同薄膜的PL光谱和TRPL光谱

04总结和展望

大面积钙钛矿太阳能电池效率远落后于小面积钙钛矿太阳能电池,通过对制备方法优化、组分调控以及载流子传输层优化选择的方式可以得到高性能大面积钙钛矿太阳能电池。

和传统太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池稳定性较差,对于大面积太阳能电池其稳定性也需进一步提升。

来源:optics1964 中国激光

原文链接:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5ODA5ODU3NA==&mid=2653269805&idx=1&sn=c4adcea8e1c58915812f6d5f15a45dc0

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