武汉大学团队突破全钙钛矿串联太阳能电池尺寸限制
2025-05-28 14:52
来源:武汉大学
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中国科研团队在提升全钙钛矿串联太阳能电池(TSC)性能方面取得重要进展。武汉大学傅世强、周顺等研究人员提出了一种新策略,通过添加化学改性剂吡拉西坦,有效解决了全钙钛矿TSC在大尺寸条件下效率下降的问题。相关成果发表于《自然纳米技术》期刊。WBG钙钛矿薄膜的生长机理。a,b,使用不含(a)(对照)和含(b)(目标)吡拉西坦的前驱体溶液生长WBG钙钛矿薄膜的过程示意图。c,d,吡拉西坦吸附在WBG钙钛矿薄膜的(100) (c)和(110) (d)面上的DFT计算模型。(e) (100)和(110)面的表面能。(F)吡拉西坦分子在(100)和(110)面上的结合能。(g,h,) 对照(g)和目标(h)WBG钙钛矿薄膜的SEM图像。比例尺,200纳米。i,j,沉积在HTL涂层基底上的对照(i)和目标(j)薄膜的PL映射图像。

全钙钛矿串联太阳能电池由多层钙钛矿材料构成,能够高效吸收不同波长的太阳光,理论效率远超传统硅基电池。然而,此前开发的此类电池仅在较小面积(<1 cm²)下表现优异,尺寸扩大后性能显著降低,制约了其商业化应用。研究团队发现,吡拉西坦可调控钙钛矿晶体成核过程,减少缺陷并提升薄膜均匀性。傅世强表示:“吡拉西坦的引入使宽带隙钙钛矿子电池的均质化成为可能,从而实现了高效大面积器件的制备。”

实验数据显示,采用吡拉西坦改性后的1.77 eV带隙单结电池实现了20.35%的功率转换效率(PCE)。更值得注意的是,团队制备的全钙钛矿TSC在小面积(0.07 cm²)和大面积(1.02 cm²)下分别达到28.71%和28.20%的PCE,效率损失仅为0.51%,显著优于此前报道结果。此外,该添加剂对多种钙钛矿组分均表现出普适性,可将1.56 eV带隙电池的PCE从23.56%提升至25.71%。

这项研究为全钙钛矿串联太阳能电池的规模化生产提供了新思路。通过优化晶体生长过程,吡拉西坦有望推动此类高性能电池的商业化应用,进一步降低太阳能发电成本。

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