反向钙钛矿太阳能电池，功率转换效率为22.3%

 
可以从太阳产生能量的光伏(PV)电池对于解决当前的环境危机可能非常有用。钙钛矿光伏电池(由金属卤化物钙钛矿半导体制成的电池)最近被证明特别有前途，因为研究人员设法将其功率转换效率从3.8%一直提高到25.2%。
它们的出色效率使钙钛矿成为下一代低温可加工光伏技术发展的主要竞争者。钙钛矿型光伏电池可具有两种主要的设计原型：所谓的规则(n-i-p)结构和倒置(p-i-n)结构。到目前为止，具有规则结构的电池已经实现了最高的功率转换效率，而具有反向结构的电池已经获得了更长的工作时间。
阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)和多伦多大学的研究人员最近能够减小以前观察到的具有规则结构的钙钛矿光伏电池和具有反向结构的钙钛矿光伏电池之间的效率差距。他们发表在《自然能源》上的论文介绍了一种新的设计策略，该策略使他们能够制造使用寿命长，功率转换效率为22.3%的倒置太阳能电池。
参与该研究的一位研究人员郑小鹏对TechXplore说：“基于规则结构的效率最高的钙钛矿光伏设备必须在其空穴传输材料中掺入离子掺杂剂。” “通过消除这些不稳定的掺杂剂，反向光伏器件为技术的运行稳定性做出了贡献。不幸的是，反向钙钛矿光伏的功率转换效率大大落后于常规结构器件(分别为20.9%和25.2%)。 ”
Zheng认为，要使钙钛矿光伏技术真正产生商业和环境影响，研究人员首先需要确保其在操作稳定性和功率转换效率方面都出色。他与KAUST和多伦多大学的同事合作开发的设计策略可以通过改善通常用于制造PV器件的钙钛矿材料的结构和光电性能来帮助实现这一目标。
Zheng和他的同事在钙钛矿材料中添加了痕量的具有不同链长的表面锚定烷基胺配体(AAL)。这使它们能够改变材料的某些特性，从而导致功率转换效率高于具有倒置结构的钙钛矿型PV太阳能电池中通常观察到的功率转换效率。
“我们发现在加工过程中仅痕量的烷基胺就足以通过以下有利方式改变钙钛矿材料的性能：(i)促进晶粒取向;(ii)抑制陷阱态密度;(iii)降低载流子非辐射重组(即损失)，以及增强载流子迁移率和扩散长度;(iv)抑制钙钛矿中的离子迁移，”参与这项研究的另一位研究员Yi Hou对TechXplore说。
Zheng，Hou和他们的同事使用的AAL表面改性钙钛矿薄膜与未改性薄膜相比具有(100)取向和低得多的陷阱态密度。它们还具有增强的载流子迁移率和扩散长度，从而使器件具有经认证的稳定功率转换效率为22.3%。
参与这项研究的另一位研究员泰德·萨金特(Ted Sargent)表示：“钙钛矿光伏技术是一项新兴技术，它们仍有提高其稳定性的空间，可以采用其他成熟的光伏技术，例如c-Si和无机薄膜。 。 “我们仅使用痕量的烷基胺作为晶粒和界面改性剂，就大大减少了倒置设备与常规设备之间的效率差距。”
研究人员发现，使用它们的方法制成的钙钛矿太阳能电池在模拟的AM1.5照明下可以在最大功率下工作1000h以上，而不会降低效率。将来，他们提出的设计策略可能使钙钛矿材料更接近满足太阳能电池商业化所需的苛刻条件。
参与研究的另一位研究人员奥斯曼·巴克尔(Osman Bakr)告诉TechXplore：“在我们的下一步研究中，我们将研究钙钛矿型PV的生产方法，以实现大面积器件而又不影响高性能和可靠性。