大面积全钙钛矿叠层太阳能电池光电转换效率刷新至28.2%
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15日，记者从南京大学获悉，由该校谭海仁教授团队、仁烁光能（苏州）有限公司制备的1.05平方厘米的全钙钛矿叠层太阳能电池稳态光电转换效率达28.2%，刷新了该尺度全钙钛矿叠层太阳能电池的世界纪录，相关结果已被收录到国际权威的《太阳能电池效率表》。研究成果14日发表于国际学术期刊《自然》。
近年来，谭海仁团队在制备0.05平方厘米小面积全钙钛矿叠层太阳能电池中接连取得突破，其光电转换效率最高已达30.1%。然而，1平方厘米以上的大面积全钙钛矿叠层太阳能电池的光电转换效率仍制约着钙钛矿叠层电池的产业化进程。
“电池功能层成膜的不均匀，是限制大面积全钙钛矿叠层电池性能提升的重要因素。”论文共同第一作者、南京大学2019级直博生王玉瑞告诉科技日报记者。
对此，研究团队在钙钛矿与电子传输层之间引入了4-氟苯乙胺氯和4-三氟甲基苯胺氯。“研究发现，4-氟苯乙胺氯处理后的钙钛矿，表面的均匀性得到了显著提升，而4-三氟甲基苯胺氯则可以有效增强器件的电流。”论文共同通讯作者谭海仁表示，鉴于这些特性，团队使用混合两种分子的后处理溶液，开发了一种定制的二维钙钛矿插入层，优化钙钛矿器件在电子传输层界面处的均匀性及性能。
研究团队进一步分析了该插入层的结构特性与作用机制，发现4-三氟甲基苯胺氯的引入，影响了4-氟苯乙胺氯生成二维钙钛矿的过程，并导致二维钙钛矿周期性的减弱。相较于其他器件，插入这种二维钙钛矿的大面积宽带隙单结器件的光电转换效率平均效率由17.5%提升至18.7%。
“我们将优化后的宽带隙钙钛矿用于制备全钙钛矿叠层太阳能电池，其光电转换效率与当前最佳的小面积全钙钛矿叠层太阳能电池的数值相当，意味着在面积扩大时没有发生明显的电流损失。”王玉瑞说。
经国际权威机构JET第三方认证，该团队制备的大面积全钙钛矿叠层太阳能电池的稳态光电转换效率高达28.2%。
“28.2%是目前该尺寸下全钙钛矿叠层太阳能电池的最高转换效率，该研究解决了叠层电池面积放大制备过程中效率下降的关键技术难题，这将推动全钙钛矿叠层太阳能电池的产业化进程。”谭海仁表示。
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