新型制造方法提高钙钛矿太阳能电池的效率

来自布朗大学和国家可再生能源实验室的科学家已经开发出一种在保持效率的同时使钙钛矿电池变大的方法。 / em

采用新开发的制造方法,研究团队获得的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率超过15%,大于1平方厘米面积。布朗大学和国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员在“高级材料”杂志上报告了他们的发现。

钙钛矿,具有特殊晶体结构的材料,在太阳能世界引起了相当大的轰动。钙钛矿太阳能电池制造起来相对便宜,并且近年来它们将阳光转换成电能的效率一直在快速增长。研究人员已经报道钙钛矿电池的效率高于20%,这与传统硅电池相媲美。然而,这些高效率的额定值使用的电池只有十分之一平方厘米 - 用于实验室测试,但太小而不能用于太阳能电池板。

Nitin Padture是布朗分子与纳米尺度创新研究所所长布朗的工程教授,他说:“使用微型电池进行效率测试已经促使一些人质疑钙钛矿太阳能电池与其他已建立的光伏技术的比较。”新研究的高级作者。 “但是,我们已经证明,通过改进处理,对大于一平方厘米的单元获得15%的效率是可行的。这是真正的进步。“

Padture说,保持较大钙钛矿电池的高效率已被证明是一项挑战。 “钙钛矿的问题在于,当您尝试使用传统方法制作较大的电影时,电影中会出现缺陷,降低效率。”

Brown和NREL研究人员在这篇最新的论文中报道的制造过程建立在以前由Padres实验室研究生媛媛研究员开发的方法上。将钙钛矿前体溶解在溶剂中并涂布到基材上。然后将基材浸入第二种溶剂(称为反溶剂)中,该溶剂选择性地抓住前体溶剂并将其刮走。剩下的是钙钛矿晶体的超光滑膜。

在这项新研究中,NREL的博士后研究员Zhou和Mengjin Yang开发了一种把钙钛矿晶体生长成更大尺寸的技巧。诀窍是添加过量的有机前驱体,最初“粘合”小的钙钛矿晶体,并在热处理过程中帮助它们合并成较大的钙钛矿晶体,然后将多余的前驱物烧掉。

“大面积的全面覆盖和均匀性来自溶剂法,”Padture说。 “一旦我们有了这个覆盖面,那么我们就会增加晶体的尺寸。这给我们带来了一个缺陷更少,效率更高的电影。“Padture说,这项最新工作达到的15%效率是一个好的开始,但仍有改进的空间。最终,他希望在大面积的细胞中达到20%到25%,他认为使用这种方法或类似的方法可以达到标记。

内布拉斯加大学林肯分校的Padture及其同事最近获得美国国家科学基金会的400万美元资助,以扩大他们的钙钛矿研究。

其他作者是NREL的伊宁曾,姜春生和朱竺。这项工作得到了美国能源部(DE-AC36-08-GO28308和DE-FOA-0000990)和国家科学基金会(DMR-1305913)的支持。

出版物:Mengjin Yang等人,“平方厘米溶液加工的平面CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池,效率超过15%”,Advanced Materials,2015; DOI:10.1002 / adma.201502586

资料来源:布朗大学