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廉价金属复合电极助力钙钛矿太阳能电池增效降本

文章来源:网络发布时间:2023/02/06阅读量:

钙钛矿太阳能电池的稳定性是制约其商业化应用的重要问题,这其中就包括反向偏压稳定性。反向偏压在太阳能电池实际运行过程中,特别是部分被遮挡的情况下经常会出现。钙钛矿电池的偏压稳定性问题比晶硅太阳能电池更为严重,这主要归因于钙钛矿电池中更显著的离子迁移特性。因此,亟找到一种有效的方法使钙钛矿电池保持高光电转换效率的同时,阻断离子的扩散以及其与金属电极的化学反应,以提高器件的稳定性。

鉴于此,公司联合创始人兼首席科学家、清华大学电机系易陈谊团队提出了一种透明导电氧化物(TCO)与廉价金属相结合的复合电极策略,实现了具有优异反向偏压稳定性的高效率钙钛矿太阳能电池,并用廉价金属代替了常用的贵金属电极,降低了电池的制备成本。

本工作中,团队将透明导电氧化物ITO与廉价金属Cu相结合制备了复合电极,形成了具有优异稳定性和导电性的复合电极。研究发现该复合电极不仅可抑制器件中离子的层间扩散,还可显著提升PSC的光电转换效率。用该方法制备的电池获得了23.7%的光电转换效率(认证效率为23.2%),这是以廉价金属铜作为电极材料的钙钛矿电池最高效率纪录。

特别值得一提的是,基于复合电极的钙钛矿太阳能电池在4.0伏特的反向偏压作用60秒之后仍保持初始效率的95%,而基于常规金属电极的电池在3.0伏特60秒之后效率就已经降为0。此外,基于复合电极的电池在1.3伏特的正向偏压下的电致发光输出几乎无衰减,同时在连续1000小时的最大功率追踪(MPPT)下,未封装的电池效率仍保持初始值的92%以上。

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此外,该复合电极策略可以扩展到不同TCO材料(包括ITO、IZO、AZO等)和廉价金属材料(包括铜、铝、镍等)的组合,充分地体现了该复合电极策略的普适性,为低成本的高效稳定钙钛矿光电技术开辟了一条新的路径。相关研究成果以《Double layer composite electrode strategy for efficient perovskite solar cells with excellent reverse-bias stability》为题发表在《Nano-Micro Letters》上。