20%以上!NREL 科学家挑战高效背接触钙钛矿太阳能电池

美国科学家探索了钙钛矿太阳能电池的所有背接触结构的使用。该小组注意到这一战略的几个优势，以及需要克服的挑战。最终，这项工作勾勒出一条将电池效率提高到20%以上的途径。

NREL的科学家们已经对钙钛矿的背接触设计进行了数年的试验，包括2018年生产的这种“可涂漆”电池。他们的最新工作概述了高效背接触钙钛矿太阳能电池面临的挑战。图片：丹尼斯施罗德/NREL

在优化有源电池材料方面取得了快速进展，钙钛矿光伏器件的研究人员正在将注意力转向构成光伏器件的其他重要层，以及这些层之间的界面，以进一步提高性能。

全背接触(ABC)电池架构——电子传输层和空穴传输都沉积在电池的背面——在硅光伏中显示出性能优势，尽管与其他硅电池类型相比增加的加工成本意味着它们只是屋顶光伏市场的小众产品。

由美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)领导的一组科学家决定在钙钛矿设备中测试ABC结构，首先推断没有前接触层可以通过允许更多光到达钙钛矿层来提高效率，其次，它们为正面钝化和封装开辟了新的可能性——潜在地提高了器件的稳定性，最后，它们允许使用原位技术在运行期间分析器件。

在界面

然而，该小组指出，将两个层放在同一侧也带来了许多挑战。他们能够以略高于10%的效率制造ABC钙钛矿电池，与之前在2020年10月实现的4.4%相比有了显着提高。关注传输层之间的界面是实现这一目标的关键，随后进行了紫外线臭氧暴露过程通过在300摄氏度的温度下退火，结果显示既可以降低空穴传输层中的缺陷密度，又可以去除电子传输层中的污染物，从而增加电压和电流收集。

在制造电池后，该小组使用复杂的成像和建模技术来找出性能损失发生的位置以及如何防止它们，这样他们就能够提供实现超过20%标记的效率的途径。这项工作在CellReportsPhysicalScience上发表的论文ComplementaryinterfaceFormingtohigh-efficiencyall-back-contactperovskitesolarcells中有完整描述。

建模表明，关注层界面处的缺陷、空穴选择性接触的功函数和正面钝化将是将ABC电池效率提高到20%或更高的最佳策略。