钙钛矿型太阳能电池成为太阳能电池主流之一

时间:2015-12-11

 

转载自:新材料在线网

 仅仅在发现六年之后,由于有机物——铅——卤化物型钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到了20%,因此成为光伏技术的主力军之一。这种钙钛矿前驱体的原料非常丰富且便宜,也很容易转换成薄膜。因此从原理上来讲,钙钛矿型光伏电池的产生电能的成本很低。然而,只有小型装置可以达到较高的转换效率。在相关报道中一平方厘米的钙钛矿太阳能电池的转换效率只有15%。目前已经证实的钙钛矿太阳能电池的最高效率是在0.1平方米的面积尺度上实现的。为了能够和其他光伏技术相比较,其照射面积至少需要达到1平方厘米。目前也有很多关于制造大尺寸装置的研究,同时也取得了一些进步。

最近有报道指出可以在1平方厘米的尺度上获得15%的光电转换效率,但是这还未经证实。目前Chen等人关于在钙钛矿电池中掺杂无机电荷的方法可以获得15%的转换效率,且已经被其他研究所证实,这也是目前被证实的效率最高的薄膜太阳能电池之一。钙钛矿太阳能电池是一种多层装置,建立在透明电极之上,且在上面有反光金属电极。这种效率最高的钙钛矿太阳能电池是n-i-p型,具有一个N型的二氧化钛底层,钙钛矿吸收层和一个P型有机半导体顶层。Chen等人的研究采用了一种倒置结构,将PNiO薄层作为底层,而将由富勒烯衍生物和二氧化钛组成的薄膜作为顶层。该研究表明该太阳能电池的效率是由金属氧化物层的导电性决定的,而这可以通过掺杂提高,即在氧化镍金属中掺入锂离子和镁离子。

顶层的N型二氧化钛层可通过以下方法准备:在钙钛矿层之上沉积一种前驱体,然后将材料温度加热到70℃,放置对下层造成损害。但是在这种低温条件下会形成低传导性的多孔二氧化钛。在该层中掺杂Nb5+可将其导电性增加一个数量级。因此,尽量使用薄层金属氧化物层,可以限制电阻损耗。而获得这种1平方厘米的无缺陷薄金属氧化物膜是一项非常大的成就。而电荷提取层的电导率的进一步提高使得允许使用更厚层成为可能,也使得大规模产品制造更加容易。

钙钛矿太阳能电池,尤其是金属氧化物基太阳能电池,往往会遇到伏安特性曲线扫描方向的选择问题。I-V曲线中出现迟滞现象使得计算装置的实际效率变得困难。而Chen等人研究中的电池在低速扫描下并没有表现出迟滞现象,从而可以更加精确的确定其效率。该研究在小面积电池上获得了18.3%的效率,而在1平方厘米的电池中效率为16.2%,而在日本国立先进工业科学和技术研究所获得的效率是15%。小尺寸和大尺寸装置效率不同主要是由于不同的填充系数引起的。该实验中使用的电极更加透明,当装置面积增加的时候,电池的填充系数会略微减小。

除了效率,电池的稳定性也是一个非常重要的因素。有机物——铅——卤化物型钙钛矿太阳能电池在室温条件下并不稳定,但是当钙钛矿层处在两层金属氧化物薄膜之间时,其稳定性有所提高。Chen等人的研究中使用的钙钛矿层也采用金属氧化物层进行保护。钙钛矿和顶部的金属氧化物之间的疏水性富勒烯衍生物可以进一步阻碍水扩散到钙钛矿层。该实验中,在经过了1000小时的稳定性测试以后,其效率在黑暗条件下只降低了5%,而在光照条件下降低了10%

Chen等人的研究结果是实质性的提高,但是在钙钛矿太阳能电池商业化之前还需要更多的研究。因此还需要提高制备大面积装置的技术和进一步增加稳定性。

太阳能薄膜电池的效率

 

 

Copyright ©广州鹿山新材料股份有限公司(原鹿山化工) Powered by:www.cnlushan.com