噴塗塗層可以為更便宜的太陽能電池鋪平道路

噴塗塗層可以為更便宜的太陽能電池鋪平道路

研究人員表示,他們已經解決了鈣鈦礦電池的主要製造挑戰 - 這是矽基太陽能電池的有趣潛在挑戰者。

這些晶體結構顯示出巨大的希望,因為它們可以吸收幾乎所有波長的光。 鈣鈦礦太陽能電池已經小規模商業化,但最近其功率轉換效率(PCE)的巨大改進推動了將它們用作太陽能電池板的低成本替代品的興趣。

在論文中 納米級該研究團隊揭示了一種新的可擴展方法,將關鍵組分應用於鈣鈦礦電池,以解決一些主要的製造挑戰。 研究人員以新的方式在鈣鈦礦光伏電池中應用臨界電子傳輸層(ETL) - 噴塗 - 使ETL具有優異的導電性和與其鄰居鈣鈦礦層的強大界面。

大多數太陽能電池都是材料的“三明治”,當光線照射到電池的表面時,它會激髮帶負電的材料中的電子,並通過將電子移向帶正電的“空穴”的網格來建立電流。具有簡單平面取向的鈣鈦礦太陽能電池稱為銷(或倒置時的輥隙),鈣鈦礦構成帶負電的ETL和帶正電的空穴傳輸層(HTL)之間的光捕獲本徵層(引腳中的“i”)。

當正電荷和負電荷層分離時,該結構表現得像Pachinko的亞原子遊戲,其中來自光源的光子從ETL中移除不穩定的電子,導致它們朝向三明治的正HTL側落下。 鈣鈦礦層加速了這種流動。

雖然鈣鈦礦因其對空穴和電子的強親和力及其快速反應時間而成為理想的本徵層,但商業規模的製造部分地證明具有挑戰性,因為難以在鈣鈦礦的晶體表面上有效地施加均勻的ETL層。

研究人員選擇了化合物[6,6] - 苯基-C(61) - 丁酸甲酯(PCBM),因為它作為ETL材料的記錄,並且因為PCBM應用於粗糙層提供了改善導電性,不易穿透的可能性界面接觸和增強的光捕獲。

“對平面引腳設計的ETL選項進行的研究很少,”紐約大學Tandon工程學院副教授AndréD。Taylor說。 “平面電池面臨的主要挑戰是,你如何以不破壞相鄰層的方式組裝它們?”

最常見的方法是旋轉澆鑄,其涉及旋轉電池並允許向心力將ETL流體分散在鈣鈦礦基底上。 但是這種技術僅限於小表面,並導致不一致的層降低太陽能電池的性能。 旋轉鑄造也可以通過諸如卷對卷製造的方法商業化生產大型太陽能電池板,其中柔性銷平面鈣鈦礦結構非常適合。

研究人員轉而採用噴塗技術,將ETL均勻地應用於大面積區域,適用於製造大型太陽能電池板。 他們報告的30效率比其他ETL高出一個百分點 - 從13百分比的PCE到17百分比以及更少的缺陷。

“我們的方法簡潔,高度可重複,可擴展。 這表明噴塗PCBM ETL可以提高鈣鈦礦太陽能電池效率基線的廣泛吸引力,並為不久的將來創造破紀錄的鈣鈦礦太陽能電池提供理想的平台,“泰勒補充說。

其他共同作者來自中國電子科技大學,北京大學,耶魯大學和約翰霍普金斯大學。

國家自然科學基金委員會(NSFC),國家自然科學基金委員會創新研究小組基金會,中國國家科學基金會和美國國家科學基金會為該研究提供資金。

資源: 紐約大學(New York University)

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