美国研究人员开发出108cm2的钙钛矿太阳能组件,效率高达19.21%

DT半导体材料 2024-02-22 17:39

导读

科学家们用三氟甲磺酸处理过的钙钛矿太阳能电池制造了这种电池板,以消除碘化物缺陷。据报道,这种微型模块达到了迄今为止同尺寸太阳能电池的最高效率,美国国家可再生能源实验室(NREL)也证实了这一结果。

北卡罗来纳大学教堂山分校和 CubicPV 公司的研究人员开发出了基于用三氟甲烷磺酸锌[Zn(OOSCF3)2]处理过的钙钛矿电池的微型太阳能组件。科学家们发现,在钙钛矿溶液中使用少量这种锌盐可以解决间隙碘化物的问题,而间隙碘化物是钙钛矿太阳能电池中限制效率和稳定性的最关键缺陷类型。锌盐有助于控制生成的钙钛矿墨水和薄膜中的碘化物缺陷。

科学家们解释说,这是一种低成本材料,在钙钛矿墨水中作为添加剂使用的比例非常小,使用这种材料可以使钙钛矿模块的制造更具可重复性,这有助于也使其成本更低。



研究人员在五种不同的钙钛矿墨水样品中添加了五种不同的锌盐,并通过叶片涂层工艺制作了小型太阳能电池。不同的锌盐分别是甲酸锌[Zn(OOCH)2]、醋酸锌[Zn(OOCCH3)2]、三氟乙酸锌[Zn(OOCCF3)2]、三氟甲烷磺酸锌[Zn(OOSCF3)2]和三氟甲烷磺酸锌[Zn(OO2SCF3)2]。他们还制作了一个不添加锌的参照组电池。

此外,每种电池都在 0.14%、0.28%、0.42% 和 0.55% 的不同添加剂浓度下进行了测试。在电池层面,科学家们发现浓度为 0.28% 的 Zn(OOSCF3)2 效果最好,平均开路电压为 1.18 V,填充因子为 82%。相比之下,对照电池的开路电压为 1.16V,填充因子为 80%。

研究小组指出,这些结果表明,Zn(OOSCF3)2 通过缺陷钝化提高了器件效率,因为开路电压和填充因子都显著提高。

随后,他们使用优化浓度的 Zn(OOSCF3)2 在 78 cm2 的钙钛矿薄膜上进行叶片涂层,并由此制造出面积分别为 78 cm2、84 cm2 和 108 cm2 的迷你模块。它们都有 20 个子电池,每个子电池的宽度为 6.5 mm。

据报道,经美国国家可再生能源实验室(NREL)认证,制造出的微型模块的功率转换效率分别为 19.60% 和 19.21%,孔径面积分别为 84 cm2 和 108 cm2。据该团队称,这是这些尺寸的微型组件获得认证的最高效率。

科学家们在进一步研究小模块的光电和形态特性时强调,尽管 Zn(OOSCF3)2 引发的晶粒尺寸变化微乎其微,但它仍能钝化钙钛矿的缺陷。他们表示,CF3SOO- 阴离子可以减少钙钛矿溶液或器件老化过程中生成的碘。同时,锌阳离子可以沉淀多余的碘化物,从而降低整个薄膜的碘化物间隙浓度,从而提高器件的效率和稳定性。

研究小组提到,为了在商业环境中使用,这种方法需要应用到能处理更大尺寸模块的设备上,如槽模涂膜机或卷对卷涂膜机。

来源 :perovskite-info

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