新方法解决了钙钛矿太阳能电池的问题

国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员在新一期的《科学》杂志上报告说，一种制造钙钛矿太阳能电池的新方法解决了以前的问题，并生产出具有高效率和出色稳定性的设备。

开发基于丰富的溴和碘混合物的高度稳定和高效的钙钛矿被认为对于串联太阳能电池的制造至关重要。然而，这两种元素在暴露于光和热时往往会分离，从而限制了太阳能电池的电压和稳定性。

“这种新的生长方法可以显着抑制相分离，”NREL的资深科学家、该项目的首席研究员、新论文“高稳定宽带隙钙钛矿太阳能电池的成分结构工程”的主要作者KaiZhu说。“

新方法解决了这个问题，并生产出效率大于20%和1.33伏光电压且在高温下连续运行1,100小时后效率几乎没有变化的宽带隙太阳能电池。通过这种新方法，全钙钛矿串联电池获得了27.1%的效率，具有2.2伏的高光电压和良好的运行稳定性。

在串联电池中，窄带隙层沉积在宽带隙层的顶部。带隙的差异允许捕获更多的太阳光谱并将其转化为电能。

钙钛矿是指通过将化学物质沉积到基板上而形成的晶体结构。高浓度的溴会导致钙钛矿薄膜更快地结晶，并经常导致降低太阳能电池性能的缺陷。已经尝试了各种策略来缓解这些问题，但宽带隙钙钛矿太阳能电池的稳定性仍然被认为是不够的。

新开发的方法建立在朱和他的同事今年早些时候发表的翻转典型钙钛矿电池的工作之上。使用这种倒置的建筑结构使研究人员能够提高效率和稳定性，并轻松集成串联太阳能电池。

NREL领导的小组使用相同的架构，并进一步远离制造钙钛矿的传统方法。传统方法使用应用于结晶化学品的反溶剂来形成均匀的钙钛矿薄膜。新方法依赖于所谓的气体淬火，其中将氮气流吹到化学品上。结果解决了溴和碘分离的问题，导致钙钛矿薄膜具有改进的结构和光电性能。

反溶剂方法允许晶体​​在钙钛矿薄膜内快速均匀地生长，相互拥挤并导致晶界相遇处的缺陷。当应用于高溴含量的钙钛矿化学品时，气淬工艺会迫使晶体生长在一起，从上到下紧密堆积，因此它们变得像一个单一的晶粒，并显着减少缺陷数量。自上而下的生长方法形成梯度结构，靠近顶部的溴较多，而在电池主体中的溴较少。气淬法在统计上也比反溶剂法更具可重复性。

研究人员实现了宽带隙层超过20%的效率和运行稳定性，在1,100小时内性能下降不到5%。与底部电池相结合，该设备达到了27.1%的效率大关。

研究人员还尝试了氩气和空气作为干燥气体，结果相似，表明气淬法是提高宽带隙钙钛矿太阳能电池性能的通用方法。

新的生长方法展示了高性能全钙钛矿串联器件的潜力，并推动了其他基于钙钛矿的串联结构的开发，例如那些包含硅的结构。

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