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德國研究團隊新突破:開發逾1微米厚鈣鈦礦太陽能薄膜,挑戰高效能極限



在德國約利希研究中心的一項突破性研究中,科學家們開發出一種製造超過1微米厚的鈣鈦礦薄膜的新方法。這一技術採用了自組裝單層(SAMs)和聚[雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)的雙層載洞傳輸層,有效地解決了厚度與效率之間的相互限制。這種新型太陽能電池結構實現了在超過1微米厚度下仍保持20.2%的驚人效率,並且與更薄版本相比損失極小。


該研究的主要作者 Thomas Kirchartz 表示,這種高效率的厚膜太陽能電池薄膜技術將有助於覆蓋結構化矽晶片上的小金字塔,這對於高性能串聯電池至關重要。以往嘗試製造較厚的鈣鈦礦薄膜時,常遇到填充因子和電壓下降的問題。然而,這項研究所開發的獨特的雙層電荷傳輸結構成功地避免了這些性能下降,為將鈣鈦礦技術整合到高效率矽基串聯太陽能電池中開辟了一條新路。


這項研究的關鍵發現在於認識到輸送層本身對於降低效率所起的關鍵作用。傳統上,人們認為電荷收集主要取決於吸收層的特性。但該研究團隊通過賦予輸送層足夠的導電性和最佳的能帶對齊,從而有效地放鬆了厚度的限制。


該團隊的創新設計包括在鈣鈦礦核心周圍夾層兩種具有互補優勢的特殊有機膜。底部的自組裝單層膜具有出色的導電性和載洞傳輸能力,而頂部的 PTAA 膜則提供了與鈣鈦礦的緊密晶格匹配和能帶對齊。通過混合兼容的 SAM 變體,他們進一步微調了界面屬性,使其在超過1微米的厚度下能夠保持接近80%的填充因子和1.2V的電壓。


這一突破性研究不僅證明了在微米級尺度上實現超過20%效率的可行性,而且開創了低成本、製造友好型鈣鈦礦太陽能電池商業化的新可能。未來的工作將集中在進一步優化這一技術,提高效率和長期穩定性,從而使其更接近於商業應用。這一里程碑式的成就預示著新一代光伏技術的即將到來,將在提升能源效率和降低成本方面發揮重要作用。


參考文獻及圖片來源:

Researchers design transport layers that decouple perovskite thickness from efficiency limitations;


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