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钙钛矿电池中添加了石墨烯 其转化效率提高到26.3%

石墨烯作为一种新型特种材料被广泛用于和各种新材料并用开发,前两年SNEC大会曾专题讨论石墨烯在光伏产品中的应用。腾晖曾研究石墨烯提高晶硅电池导电银浆,正信光电特有的石墨烯涂层(纳米技术)太阳能组件具有自清洁特性,亚玛顿成立了专门的石墨烯研究院。

最近,意大利研究人员在钙钛矿电池中的电子选择层中添加了石墨烯,不仅提高化学稳定性,还将钙钛矿/晶硅异质结电池的转化效率提高到26.3%。

这种新型异质结电池兼具有薄膜钙钛矿生产工艺和硅基异质结电池的性能。双端结构让电极数量更少,减少了电池本体吸收损失的光,比四终端电池的生产成本更低。

科学家们在钙钛矿电池中使用的二氧化钛(TiO2)电子选择层中添加了石墨烯,石墨烯薄片沉积在二氧化钛前驱体和二氧化钛纳米粒子溶液上。少量的石墨烯薄片掺杂已证明足以在不改变整个电池光吸收的情况下改进了电荷传输,提高电池的光电性能。

研究小组表示,他们没有使用传统的甲基铵碘化铅(MAPbI3)钙钛矿,而是选择了混合阳离子、混合卤化物钙钛矿,从而获得最佳的光学带隙和改进的稳定性。

研究人员采用“机械方法”堆叠两个子电池,分别制造和优化两个终端电池。经过优化的、双面介观钙钛矿电池,通过在两个子电池之间的接触区域施加大约1公斤/厘米2的压力,机械地堆积在硅底电池上。

再采用磁控溅射法在空穴选择层上沉积氧化铟锡对电极,并作为顶电池的后接触电极。研究人员声称已经找到了理想厚度的对电极,能减少反射光损耗。

这两个电池的有效耦合,确保了成品电池75.6%的高填充系数。这种优化的、双面钙钛矿太阳能电池用做晶硅异质结底电池的串联顶部电池,在1.43平方厘米的有效面积内,反向电压扫描模式功率转换效率达到26.3%,正向电压扫描模式功率转换效率为25.7%,并最终稳定在25.9%。

此前IMEC曾在0.13平方厘米的钙钛矿/ IBC晶硅异质结电池上获得27.1%的转化效率,显然这次的电池面积更大。对于钙钛矿薄膜电池,最大的挑战就是在大面积上实现高效率,全球能把钙钛矿电池效率做到23%以上的团队寥寥无几。

研究人员认为,石墨烯改善了钙钛矿电池的性能,而异质结晶硅电池结构的背部非晶膜允许增加张力。

 

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