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ACE揭秘雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池:頂部或底部照射,哪個(gè)效率更高

發(fā)表時(shí)間:2024/9/6 11:08:50

前言

雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 (Bi-PSCs) 因其可雙面吸光提高光利用效率而備受關(guān)注。真空沉積法制備的 Bi-PSCs 盡管具有高質(zhì)量薄膜的優(yōu)勢(shì),但仍需優(yōu)化透明電極和界面層以光電流收集,并平衡頂部和底部照射條件下的性能差異。

西班牙巴倫西亞大學(xué) Henk J. Bolink 團(tuán)隊(duì)在 2024 年發(fā)表于《ACS Energy Letters(27st Aug.2024_ DOI 10.1021/acsenergylett.4c01536)的研究中,利用真空沉積技術(shù)制備了高效穩(wěn)定的雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 (Bi-PSCs)。通過優(yōu)化 ITO LiF 層厚度及封裝方法,顯著提升了 Bi-PSCs Jsc PCE。研究發(fā)現(xiàn),頂部照射下可獲得更高的 Jsc (最高達(dá) 24.98 mA/cm2),突顯了該器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。此外,該研究還探討了 Bi-PSCs 的熱穩(wěn)定性及封裝的影響。


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導(dǎo)讀目錄

1.    前言

2.    研究目的

3.    研究方法

4.    器件與表征

5.    結(jié)論


研究目的

本研究旨在通過優(yōu)化雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 (Bi-PSCs) 的結(jié)構(gòu)和制備工藝,實(shí)現(xiàn)其性能,特別是提高短路電流密度 (Jsc) 和功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE)。具體研究目標(biāo)包括:

  1. 確定 LiF ITO 層的最佳厚度,以減少反射損失并增強(qiáng)光吸收效率,從而提高器件性能。

  2. 比較頂部和底部電極在光線收集效率方面的差異,確定更有效利用光照的電極結(jié)構(gòu)。

  3. 研究封裝對(duì) Bi-PSCs 性能的影響,特別是分析其在頂部和底部照射條件下的性能差異。

  4. 通過熱穩(wěn)定性測(cè)試,評(píng)估 Bi-PSCs 在長(zhǎng)期工作條件下的穩(wěn)定性和耐久性,為實(shí)際應(yīng)用提供參考。

  5. 最終,本研究將展示熱蒸發(fā)方法在制備微米級(jí)鈣鈦礦薄膜和高性能 Bi-PSCs 方面的有效性。


研究方法

  1. 化學(xué)物質(zhì)的采購(gòu): 研究所需化學(xué)物質(zhì)包括 CS-9TaTmFAMAPI(由 PbI2MAI FAI 共蒸鍍而成)、C60BCP 等。

  2. 雙面真空沉積 Bi-PSCs 的制造: Bi-PSCs 的結(jié)構(gòu)為 LiF/玻璃/ ITO/CS-9/TaTm/FAMAPI/C60/BCP/ITO/Ag,其中 FAMAPI 層通過 PbI2MAI FAI 的共蒸鍍制備,并使用 QCM 傳感器監(jiān)控和手動(dòng)調(diào)整蒸發(fā)速率。頂部 ITO 電極則采用脈沖激光沉積方法制備,以確保在電池堆疊上的柔和沉積。

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器件與表征

器件制備:

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表征方法:


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為評(píng)估真空沉積器件的熱穩(wěn)定性,超級(jí)基底 PSCs Bi-PSCs 85°C 氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行了 600 小時(shí)熱壓力測(cè)試。結(jié)果表明,兩種器件均保持了 80% 以上的初始效率。值得注意的是,Bi-PSCs Jsc 在測(cè)試期間持續(xù)增加,而超級(jí)基底器件的 Jsc 則呈下降趨勢(shì)。兩種器件的 FF 均有所下降,與之前報(bào)道的真空沉積 PSCs 的結(jié)果一致。


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結(jié)論

  1. 展示通過真空沉積技術(shù)制備的雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(Bi-PSCs),這些電池具有優(yōu)化的鈣鈦礦層厚度,特別是使用甲胺鎂鉛碘(FAMAPI)組成。

  2. 在頂部照射條件下,Bi-PSCs的短路電流密度(Jsc)高于底部照射條件,且最佳Bi-PSC在頂部照射條件下的功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)達(dá)到了19.6%,在底部照射條件下為18.71%,這導(dǎo)致了約0.95的雙面性因子。


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  3. 通過使用模擬1-Sun光作為主要照射和白色LED光作為反射(后方)照射的雙面照射條件下,Bi-PSC展示了不同的Jsc值,這取決于反射光的強(qiáng)度。

  4. 即使在頂部電極上封裝了蓋玻璃,Bi-PSC在頂部照射條件下的Jsc仍然高于底部照射。

  5. 熱穩(wěn)定性測(cè)試顯示,Bi-PSCs和超級(jí)基底太陽(yáng)能電池(superstrate PSCs)在85的熱板上持續(xù)超過600小時(shí)后,仍能保持超過80%的初始PCE

  6. 研究發(fā)現(xiàn),在熱壓力測(cè)試下,Bi-PSCssuperstrate PSCs中的PbI2相的量會(huì)增加,這可能影響到太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性和性能。

這項(xiàng)研究展示了熱蒸發(fā)方法在制備微米級(jí)鈣鈦礦薄膜,用于雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(Bi-PSCs)應(yīng)用方面的有效性,以及頂部電極在主要AM 1.5 G單面照射條件下產(chǎn)生非常高的短路電流密度(Jsc)值方面的顯著效果。



文獻(xiàn)參考自ACS Energy Letters 27st Aug.2024_ DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01536

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