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韩礼元: 2019年,中国钙钛矿太阳能电池的研究进展

发布时间:2020-04-24 来源:元禄光电

 

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钙钛矿太阳能电池(PSC)由于其高效率和低制造成本而引起了全世界的关注。作为最大的光伏组件供应国,中国在PSC的研究方面做出了巨大努力。在2019年,中国研究小组仍然保持着世界纸质出版物的头把交椅。器件的效率和稳定性都在稳步提高,逐步推动了PSC的商业化。

 

有鉴于此,上海交通大学韩礼元教授综述了2019年中国PSC研究进展,并简要介绍了行业中PSC模块的发展。

 

PSC通常由钙钛矿吸光层,电子和空穴传输层以及电极组成。这些层的质量在确定设备的PCE中起着至关重要的作用。因此,可以通过优化钙钛矿薄膜和界面来有效减少PSC中的能量损失,从而进一步提高器件效率。另外,串联太阳能电池有望突破单结电池效率的理论极限。作者总结了在钙钛矿层,界面工程,串联结构等方面,PSC功率转换效率的研究进展。

 

稳定性是PSC实际应用的瓶颈。钙钛矿中的组分通过弱相互作用(例如离子键,氢键和范德华力)结合,从而提高了钙钛矿材料固有的柔软品质。在光和热的照射下,器件中容易发生离子迁移,这不仅会损害其他层,还会留下诸如卤素空位的缺陷,从而降低了器件的稳定性。另外,外部的水和氧气也往往会通过晶界侵入钙钛矿,因此也会影响稳定性。作者基于缺陷钝化和势垒构建两个方面总结了提高PSC稳定性的最新研究进展。

 

迄今为止,高效PSC通常使用基于Pb的钙钛矿作为吸收层。还研究了基于Sn Ge Cu 和其他元素的无铅PSC。其中,由于理想的带隙接近肖克利-奎塞尔极限(1.4 eV)和高的载流子迁移率,钙钛矿是最有前途的候选物。作者简要总结了无铅PSC的最新研究进展。

 

尽管在学术界和工业界,中国和其他国家/地区都对PSC进行了深入的研究工作,但要使PSC与硅太阳能电池竞争,还有很长的路要走。为了进一步加快PSC的研发,作者给出了一些建议包括:(1)模块尺寸与效率之间的反相关是下一个面临的主要挑战;(2)由于稳定性已成为PSC商用化的热门话题和紧迫问题,因此应该对稳定性测试进行标准化;(3)尽管硅太阳能电池现在已经主导了光伏市场并且可以在许多日常生活应用中看到,但它们最初是为利基产品而设计的,专为高度专业化的应用而设计,例如空间站,灯塔。同样,是时候期待基于PSC的原型产品了。

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中国是最大的光伏组件供应国,拥有最多的光伏企业和研究人员。在这种蓬勃发展的光伏环境中,作者相信,在中国科学家和工业界的不懈努力之后,PSC的商业化将首先在中国实现。

 

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