喷涂可能为更便宜的太阳能电池铺路

喷涂可能为更便宜的太阳能电池铺路

研究人员表示,他们已经解决了钙钛矿电池面临的主要制造挑战,这是硅基太阳能电池的潜在挑战者。

这些晶体结构显示出很大的希望,因为它们可以吸收几乎所有波长的光。 钙钛矿太阳能电池已经小规模商业化,但近来其功率转换效率(PCE)的巨大改进正在推动将其用作太阳能电池板的低成本替代品。

在论文中 纳米级研究小组揭示了一种将关键组分应用于钙钛矿电池以解决一些主要制造难题的新型可扩展手段。 研究人员在钙钛矿光伏电池中以一种新的方式 - 喷涂 - 应用了临界电子传输层(ETL),使ETL具有优异的导电性和与邻近钙钛矿层的牢固界面。

大多数太阳能电池是以这样一种方式层叠的材料“三明治”,即当光照到电池表面时,它在带负电荷的材料中激发电子并通过将电子移向带正电的“孔”的格子结构来建立电流。钙钛矿太阳能电池具有称为pin的简单平面取向(或反转时的压区),钙钛矿构成带负电的ETL和带正电荷的空穴传输层(HTL)之间的光俘获本征层(pin中的“i”)。


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当带正电荷层和负电荷层被分离时,架构就像一个Pachinko的亚原子游戏,其中来自光源的光子从ETL中移走不稳定的电子,导致它们落到三明治的正HTL侧。 钙钛矿层加速了这种流动。

尽管钙钛矿由于其对空穴和电子的强亲合力以及快速的反应时间而使得理想的本征层,但商业规模制造证明是有挑战性的,部分原因在于难以在钙钛矿的结晶表面上有效地施加均匀的ETL层。

研究人员选择化合物[6,6] - 苯基-C(61) - 丁酸甲酯(PCBM)是因为其作为ETL材料的良好记录,并且因为在粗糙层中应用PCBM提供了改进导电率的可能性,较少穿透性界面接触以及增强的光线捕捉。

纽约大学Tandon工程学院副教授AndréD. Taylor说:“关于平面引脚设计的ETL选项的研究很少。 “平面电池的关键挑战在于,您如何以不破坏相邻层的方式实际组装它们?”

最常见的方法是旋转铸造,其中包括旋转细胞并允许向心力将ETL流体分散在钙钛矿基底上。 但是这种技术仅限于小表面,并导致不一致的层,降低了太阳能电池的性能。 通过卷对卷制造等方法,旋转铸造也不适用于大型太阳能电池板的商业化生产,对此灵活的针状平面钙钛矿结构非常适合。

研究人员转而采用喷涂技术,将ETL均匀地涂在大面积上,适合制造大型太阳能电池板。 他们报告30比其他ETL的效率提升百分比 - 从13百分比的PCE到超过17百分比 - 以及更少的缺陷。

“我们的方法简洁,重现性好,可扩展。 它表明,对PCBM ETL进行喷涂可能会对改善钙钛矿太阳能电池的效率基线具有广泛的吸引力,并为不久的将来创造纪录破坏的pin钙钛矿太阳能电池提供了理想的平台,“泰勒补充道。

其他合着者来自中国电子科技大学,北京大学,耶鲁大学和约翰霍普金斯大学。

国家自然科学基金委员会,国家自然科学基金委创新研究基金会,中国国家留学基金管理委员会和美国国家科学基金会为该研究提供资助。

来源: 纽约大学

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