2024/08/23 16:57
阅读:2
分享:方案摘要:
产品配置单:
光焱科技REPS新型太阳能电池Voc损耗分析仪
型号: REPS
产地: 上海
品牌: 光焱科技
面议
参考报价
联系电话
方案详情:
有机太阳能电池(OSCs)的发展已见成效,采用非富勒烯受体(NFAs)的小分子材料,使其能量转换效率(PCE)超过了19%。然而,有机材料在吸收光谱上存在局限,尤其是NIR和NUV区域的吸收不佳。为了提升光吸收能力,研究人员提出了低带隙NFAs和多组分策略,虽然提高了JSC,但在单一结OSCs中无法最小化高能量光子的能量损失。
串联太阳能电池(TSCs)结合了宽带隙(WBG)和低带隙(LBG)半导体,可以扩展吸收光谱,减少能量损失,从而提升光伏性能。研究人员探索了2T和4T两种结构,其中2T架构因其较低的寄生吸收和易于模块整合而受到青睐。然而,高性能WBG有机材料的开发相对落后,而全无机钙钛矿(如CsPbI2Br)因其可调的宽带隙和热稳定性,成为前子电池的理想材料。
南方科技大學 Aung Ko Ko KYAW 團隊於Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.202200445 )中發表,使用CsPbI2Br作为前子电池的吸收层,通过ZnO/SnO2双层电子传输材料提高了电子提取效率和Voc。同时,采用窄带隙PM6体异质结(BHJ)膜作为后电池吸收层,以扩展吸收至900nm以上。透过热退火(TA)-自由制程改善了后子电池的性能,降低了界面电阻,抑制了非辐射复合,从而提高了Voc。最终,单片式2T-TSCs达到了20.6%的PCE和2.116V的Voc,创下了基于钙钛矿/有机吸收层太阳能电池的新纪录,并超越了单一结和叠层有机太阳能电池的最高报告PCE。这表明,结合WBG全无机钙钛矿的叠层策略是有效且创新的,能够充分利用太阳光谱,提升OSCs的效率。
导读目录
1. 引言
2.
3. 单结到叠层实验手法及程序剖析
4. 有机叠层太阳能电池成功提升效率与降低Voc耗损
单结到叠层实验手法及程序剖析
经由本研究发表中,归纳出研究团队所执行的实验程序、手法及采用的表征设备如下:
1. 材料选择与制备:
o选择合适的材料,包括PM6作为有机活性层材料,以及CsPbI2Br作为全无机钙钛矿材料。
o制备ITO/PEDOT/PM6/MoO3/Ag结构的单结有机太阳能电池。
o制备不同ETL的全无机钙钛矿前子电池,包括SnO2、ZnO NPs/SnO2和s-ZnO/SnO2。
表S1. 基于不同ETL的全无机钙钛矿前子电池的光伏参数
o制备热退火(TA)和无热退火(TA-free)有机后子电池。
2. 结构与性能表征:
oJ-V曲线分析在AM 1.5 G标准照明条件下进行单结有机太阳能电池的性能。
oEQE曲线分析用于评估太阳能电池的光电转换效率。
图5. (a) 单结有机太阳能电池的J-V曲线和(b) EQE曲线,采用标准结构的ITO/PEDOT/PM6/MoO3/Ag
o测量并分析全无机钙钛矿前子电池的光电参数。
o比较TA和TA-free有机后子电池的性能差异。
3. 电化学阻抗谱(EIS)分析:
o对TA和TA-free有机后子电池进行EIS测量,以分析其电荷转移和传输过程。
o拟合EIS数据以获取相关的电化学参数,如串联电阻(Rs)和并联电阻(Rsh)。
4. 能量损失分析:
o分析太阳能电池的能量损失,包括拟合参数如R1、R2、R3、CPET1、CPEP1、CPET2和CPEP2。
o计算能量损失,如ΔΕ1、ΔE2和ΔE3,以评估太阳能电池的能量转换效率。
光焱科技FTPS-EQE软件量测示意图
5. 串联太阳能电池的性能评估:
o制备并测试了31个串联太阳能电池的光电参数。
o分析串联太阳能电池的性能一致性和稳定性。
图S16. CsPbI2Br/PM6串联太阳能电池在不同偏压下的电致发光光谱,其中(a)为无TA装置,(b)为TA装置
6. 文献对比分析:
o将研究结果与文献中报导的其他串联太阳能电池进行比较。
o总结研究成果,包括效率超过20%和Voc超过2.1伏特的成就。
7. 结论与展望:
o总结研究发现,包括热退火对有机后子电池性能的影响。
o提出未来研究的方向和潜在的改进措施。
有机叠层太阳能电池成功提升效率与降低Voc耗损
高性能的2T全无机钙钛矿/有机串联太阳能电池结合了吸收匹配良好的CsPbI2Br与PM6混合物,作为前后电池的吸收材料,有效提升了电池性能。此外,在钙钛矿亚电池中插入s-ZnO层,有助于电荷的分离并增强开路电压(Voc),进一步提升了电池的效率。研究还发现,热退火(TA)处理会破坏有机亚电池电极与PFN-Br界面之间的关键电荷传输过程,导致不良电荷累积和再结合。因此,采用无热退火(TA-free)制程,在不损害短路电流(JSC)和填充因子(FF)的情况下,成功改善了开路电压(Voc)。
高效率记录:2T-TSC在小面积电池上达到了20.6%的显著能量转换效率(PCE),在大面积电池上达到了16.5%的PCE。
出色的Voc值:达到了2.116V的Voc,这几乎是个别亚电池Voc值的总和,只有约0.001V的差异。
研究团队采用了光焱科技提供的完整能量耗损分析设备,包括:SS-X系列AM1.5G 3A+级太阳光仿真器,用于在量测过程中建立标准光谱下的模拟环境;以及QE-R外量子效率量测方案,不仅为单结和迭层太阳能电池提供了精准且高重现性的量子效率参数,还能通过软件的配合,实现高效的ΔΕ1量测模式。此外,REPS和FTPS设备专门针对ΔE2和ΔE3的Voc耗损进行必要的参数分析。光焱科技的完整Voc耗损分析系统可将上述设备的数据直接执行导入与导出,有效简化了原本繁琐且需要大量计算验证的研究流程,从而成功获取器件各阶段所需的关键参数,并降低了程序负荷和人为计算错误的风险。
全无机钙钛矿的叠层策略:证明了采用全无机钙钛矿的叠层策略是有效且创新的,能够充分利用太阳光谱,从而提高有机太阳能电池的效率。
效率瓶颈的突破:此研究展示的结果超越了单一结和串联有机太阳能电池的最高报告PCE,证明了使用WBG全无机钙钛矿的串联策略是利用从NUV到NIR的宽太阳光谱,从而提高有机太阳能电池OSCs效率的一种有效和创新的策略,打破了有机太阳能电池20%的效率瓶颈。
文献参考自Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.202200445)
本文章为Enlitech光焱科技改写 用于科研学术分享 如有任何侵权 请来信告知
下载本篇解决方案:
更多
中科院杨德仁光伏器件效率26.27%採2Pbl2防钙钛矿解构
近日,由中科院院士杨德仁团队、浙江大学王勇 及苏州大学宁为华 共同發表于Nature Communications 2024年第15期一突破性研究为高效钙钛矿太阳能电池的发展开辟了新路径。研究人员成功开发出一种新型无定形(赖氨酸)2PbI2钝化层,通过固相反应在钙钛矿薄膜表面和晶界处形成。这种无定形结构具有更少的悬挂键,能有效中和表面/界面缺陷,显着提高了电池效率。 与传统的晶态钝化材料相比,这种新型无定形层不仅降低了晶格应力,还作为屏障阻止有机成分的分解,抑制了钙钛矿的结构破坏,大幅提升了太阳能电池的稳定性。研究团队报告称,采用这种技术的钙钛矿太阳能电池效率高达26.27%(经认证为25.94%)。
能源/新能源
2024/08/21
钙钛矿开路电压推至理论极限的95%,25.11%的高转换效率
华中科技大学王鸣魁团队于 Advanced Energy Materials 第30期发表了一项创新的方法,通过使用具有推拉电子结构配置的π共轭分子来调节埋藏界面,从而提高三阳离子钙钛矿太阳能电池的开路电压(Voc)。研究人员在钙钛矿太阳能电池中使用了氧化锡纳米晶作为电子传输层,并发现新型化学材料能够显著降低界面能障并钝化埋藏界面的缺陷。这种方法将Cs0.05(FA 0.85 MA0.15)0.95Pb(I 0.85 Br 0.15)3(带隙约为1.60 eV)钙钛矿太阳能电池的开路电压提高到1.241 V,并且在标准测试条件下的转换效率达到24.16%。当使用Cs 0.05 MA0.05 FA0.9 PbI 3(带隙约为1.54 eV)钙钛矿太阳能电池时,甚至可以达到更高的效率25.11%。这个开路电压是三阳离子钙钛矿太阳能电池中最高的,达到了肖克利-奎瑟极限的95%。此外,研究人员还制作了能量转换装置,通过将两个钙钛矿微模块串联起来驱动二氧化碳电解槽,实现了11.76%的太阳能到CO的转换效率,这在整合钙钛矿光伏进行太阳能驱动的CO2转换方面树立了一个新的基准。
能源/新能源
2024/08/19
北京理工陈棋晶体成核技术稳定钙钛矿/晶硅叠层电池均匀卤素分布
混合卤化物钙钛矿太阳能电池,尤其是钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池 (PSTs),展现出巨大的潜力,但其长期稳定性,尤其是宽带隙 (WBG) 钙钛矿吸收体的稳定性,仍然是一个挑战。WBG 吸收体薄膜的晶体质量差和多晶取向导致离子迁移和相分离,从而降低器件寿命。 来自北京理工大学的陈棋团队于Science 2024年8月1日第6708期中发表研究中,着重于成核工程,通过促进 3C 相成核并控制前体组成,以获得具有优异晶体质量和纹理的 WBG 吸收体。这种方法有效减少了非辐射复合,增强了对热降解、离子迁移和相分离的稳定性。基于此,团队实现了在 1 cm2 和 25 cm2 活性区域中分别为 32.5% 和 29.4% 的高效率 钙钛矿/晶硅叠层电池,并在长期稳定性方面取得了显着突破。
能源/新能源
2024/08/14
Sci.经J-V、EQE确认气相氟化物处理法可稳定大面积钙
钙钛矿太阳能电池因其高转换效率而备受关注,但长期稳定性问题一直制约着其商业化应用。南京航空航天大学纳米科学研究所郭万林团队于Science 七月号发表 利用气相氟化物处理实现的规模化稳定方法,成功制备了效率为18.1%的大面积(228平方厘米)钙钛矿太阳能模块,加速老化测试显示其T80寿命(效率保持80%的时间)高达 43,000 ± 9000小时,相当于近6年的连续运行时间。这种方法通过在钙钛矿表面形成均匀的氟化物钝化层,有效抑制了缺陷形成和离子扩散,显着提高了模块的稳定性和性能。
能源/新能源
2024/08/09