南京大学谭海仁团队在全钙钛矿串联叠层中实现均匀接触，Nature | 用户成果速递

HORIBA

2024/10/18 16:11

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本文转载自公众号：钙钛矿太阳能电池

南京大学谭海仁、吉林大学张立军和剑桥大学 Samuel D. Stranks 使用定制的二维钙钛矿在全钙钛矿串联叠层中实现均匀接触，相关研究成果于2024年10月14日发表于《Nature》。

研究背景

制造可扩展的全钙钛矿串联叠层太阳能电池被认为是商业化钙钛矿光伏模组的一种有吸引力的途径。然而，1 cm²规模全钙钛矿串联叠层太阳能电池的认证效率落后于小面积（~0.1 cm²）电池。这种性能缺陷源于大规模宽带隙钙钛矿太阳能电池的不均匀性。目前已知的不均匀性来源是在底部界面和钙钛矿体相本身内引入的，要实现全钙钛矿叠层太阳电池领域的新突破还需挖掘更多的影响因素。

研究成果

南京大学谭海仁&吉林大学张立军&剑桥大学 Samuel D. Stranks 于 Nature 刊发使用定制的二维钙钛矿在全钙钛矿串联叠层中实现均匀接触的研究成果，发现了不均匀性的另一个关键来源——在电子传输层（ETL, C₆₀）沉积过程中形成的顶部界面。同时，较差的 ETL 界面也是器件性能的一个重大限制。通过引入 4-氟苯乙胺（F-PEA）和 4-三氟甲基苯基铵（CF₃-PA ）的混合物来解决这个问题，以创建一个定制的二维钙钛矿层（TTDL），其中 F-PEA 在表面形成二维钙钛矿，减少了接触损耗和不均匀性，CF₃-PA 增强了电荷提取和传输。结果，在平方厘米规模的 1.77 eV 宽带隙钙钛矿太阳能电池中展示了 1.35 V 的高开路电压和 20.5 % 的效率。通过与窄带隙钙钛矿子电池堆叠，报告了1.05 cm²全钙钛矿串联叠层电池，可提供 28.5 %（认证为 28.2 %）的效率，这是迄今为止所有报告电池中最高的。该工作展示了处理顶部钙钛矿 / ETL 接触对于升级钙钛矿太阳能电池的重要性。

仪器贡献

使用 HORIBA Fluorolog-3 科研级荧光光谱仪测量瞬态光致发光（TRPL），结果表明，插入层显著增加了载流子的寿命。研究人员通过在低激发通量下测量的 TRPL 曲线进一步计算出差分寿命，以区分电荷提取和陷阱辅助重组。

Fluorolog-QM 模块化稳瞬态荧光光谱仪

作者简介

谭海仁

南京大学现代工程与应用科学学院教授、博士生导师

中组部“海外高层次人才引进计划”、江苏省“双创人才”及“双创团队”领军人才，国家重点研发计划课题负责人，长期从事新型光伏材料与器件的研究工作，包括钙钛矿太阳能电池、硅基太阳能电池及新型高效低成本叠层太阳能电池，实现了全钙钛矿叠层太阳能电池、平面型钙钛矿太阳能电池、非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池光电转换效率的世界记录，钙钛矿叠层电池的世界纪录3次被业界权威的“Solar cell efficiency tables”收录。在 Nature, Science, Nature Energy, Nat. Comm., Adv. Mater.等学术期刊发表论文80余篇，引用9000 余次；入选科睿唯安2021年度全球“高被引科学家”（Highly Cited Researchers）。

引用文章

Wang Y R ,Lin R X ,Liu C S Y , et al.Homogenized contact in all-perovskite tandems using tailored 2D perovskite.[J].Nature, 2024, 39401514.

联系作者

谭海仁：hairentan@nju.edu.cn

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