提高双面钙钛矿太阳能电池稳定性和效率的新设计策略

基于钙钛矿、钙钛氧化物矿物或具有类似结构的化合物的太阳能电池是最有前途的新兴能源解决方案之一。在过去的几年中，工程师和材料科学家一直在探索由钙钛矿双面结构制成的太阳能微型模块(即可用于制造更大规模太阳能电池板的小型电池)的潜力。

顾名思义，这些扁平结构的正面和背面都有钙钛矿材料，前者收集直射阳光，后者反射在表面上(即反照率光)。虽然基于钙钛矿双面结构的太阳能微型组件可以实现比传统钙钛矿太阳能电池更高的功率转换效率(PCE)，但迄今为止，有效地设计它们已被证明具有挑战性。

北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员最近推出了新的设计策略，可以帮助提高双面钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。利用《自然能源》中概述的这些技术，他们开发了新的太阳能微型模块，取得了卓越的性能。

“钙钛矿太阳能电池正在蓬勃发展，效率迅速提高，它们的商业化在全球范围内迅速发展，但仍有许多挑战需要克服，包括从实验室规模的小电池转移到大面积模块时稳定性低和效率下降，”进行这项研究的研究人员之一黄劲松告诉Tech Xplore。“一个不确定性是，使用低成本钙钛矿和沉积工艺的成本节省是否足以与基于化石燃料的能源竞争。

通过同时收集直射阳光和反照率光，双面太阳能电池可以提高太阳能技术的发电量。然而，到目前为止，研究人员只开发了少数双面钙钛矿电池和模块，现有的钙钛矿电池和模块的效率远低于单面电池和模块。

“我们最近工作的目标是展示具有高能量产量和长使用寿命的钙钛矿双面微型模块，”黄说。“我们为双面钙钛矿模块的设计优化提出的主要策略包括新设计的模块结构和后电极，添加疏水添加剂以提高水分稳定性，以及通过嵌入介电纳米颗粒增强长波长光吸收。”

Huang和他的同事首先设计了一种双面结构，其中单个子电池通过氧化铟锡(ITO)连接，银网格由后ITO电极上的最佳空间隔开，以减少电阻损耗(即电流在导线内流动时可能发生的电能损失)。这种设计简单易用且可扩展，这意味着它可以实现钙钛矿双面微型模块的大规模制造和商业化。

“我们还发现，在空穴传输层中添加三(五氟苯基)硼烷(TPFB)作为添加剂明显减轻了SnO过程中水分对钙钛矿薄膜的损害。2证词，“黄解释道。

“此外，TPFB的加入降低了空穴传输层的电阻率，增强了能量排列。最后，我们将纳米颗粒(NPs)引入钙钛矿中以散射入射太阳光，从而增加光路以克服其吸收损失，特别是在双面组件的长波长范围内。

利用他们提出的设计，研究人员开发了小面积双面钙钛矿太阳能电池，其发电密度为26.4 mW cm-2以及发电密度达到 23 mW cm 的双面微型模块-2，当一侧暴露在阳光直射下，另一侧反照率照明为 0.2 时。这些结果明显优于先前开发的钙钛矿单结太阳能电池和微型模块所表现出的发电密度。

值得注意的是，该团队开发的原型微型模块也被发现实现了显着的操作稳定性，在工作超过3，6小时后仅损失了000%的初始效率。综合起来，该研究团队引入的设计策略可以为基于双面钙钛矿结构的高效稳定的太阳能解决方案的大规模制造铺平道路。

“虽然一些公司可能已经在努力商业化钙钛矿双面太阳能电池，但这项工作肯定了这些双面结构的前景，”黄补充说。“我们现在想确定新的策略，不断提高双面钙钛矿太阳能组件的能量产量和稳定性。