首次尝试构建的钙钛矿-硒化锑串联太阳能电池实现20.58%转化效率

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中国科学技术大学的一组研究人员制造了一种四端(4T)串联太阳能电池,该电池由钙钛矿吸收剂制成的顶部电池和硒化锑吸收剂制成的底部装置构成。

“硒化锑是一种适合用于串联太阳能电池底部电池的材料,”科学家们表示,“然而,由于报道的串联太阳能电池很少使用它作为底部电池,因此很少有人关注它的应用。”

硒化锑(Sb2Se3)是一种p型无机半导体,具有一维晶体结构,直接带隙范围为1.2 eV 至 1.9 eV,具有优异的光电性能。近年来,硒化锑也被用作制造太阳能电池的吸收剂材料。这种装置的效率可达5%9.2%

这些效率水平仍然远远落后于其他薄膜技术,例如基于 镓和硒化物(CISG)、碲化镉 (CdTe)、铜锌锡硫化合物 (CZTSSe)和非晶硅(a-Si)的电池。这种技术差距可能取决于这样一个事实,即Sb2Se电池技术的迁移率、载流子寿命、扩散长度、缺陷深度、缺陷密度和带尾等特性在很大程度上仍然是科学界未知的,因为迄今为止还没有太多此类设备被制造出来。

该中国研究小组在《能源材料与器件》上发布了题为用于高效钙钛矿/ Sb2Se3串联太阳能电池底部电池材料Sb2Se3》的研究报告,文中介绍了其制造的串联电池,并表示该设备的关键特征是他们用于改善顶部电池光谱响应的透明导电电极和硒化锑电池的“双”电子传输层(ETL)。

 研究人员设计的顶部电池,由一个掺氟二氧化锡(FTO)底座、氧化锡(SnO2)电子传输层、钙钛矿吸收剂、基于Spiro-OMeTAD的空穴传输层(HTL),三氧化钼(MoO3)和一个基于氧化铟锌(IZO)的透明触点组成。

太阳能电池示意图

图片来源:《能源材料与器件,清华大学出版社,知识共享许可CC BY 4.0

底部电池的设计由FTO底座、氧化锡(SnO2)和硫化镉(Cds)电子传输层, Sb2Se3吸收器、基于Spiro-OMeTAD的空穴传输层和金(Au)制金属触点组成。

“我们成功地制造出了4-T钙钛矿/Sb2Se3串联太阳能电池,”科学家们表示,“通过磁控溅射制备的IZO薄膜具有良好的导电性和出色的透明度。”

在标准照明条件下测试,顶部电池的效率为17.88%,底部电池的效率为7.85%。科学家们强调说:“最终,4-T钙钛矿/Sb2Se3串联太阳能电池的功率转换效率达到20.58%,高于独立的亚电池。”

“我们的工作提供了一种新的串联装置结构,并证明硒化锑是一种有前途的吸收剂材料,可应用于串联太阳能电池的底部电池,”该研究的主要作者陈涛总结道。

来源:www.pv-magazine.com

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