疊層認(rèn)證效率31.2% ! 最新Joule：通過界面工程制造高效的鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池

鈣鈦礦/硅串聯(lián)

太陽能電池在功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)方面最近取得了顯著進(jìn)展，但鈣鈦礦層的旋涂法面臨著巨大的可擴(kuò)展性挑戰(zhàn)，量產(chǎn)受限。研究團(tuán)隊通過優(yōu)化1.66 eV寬帶隙鈣鈦礦，使用刀片涂層技術(shù)，將鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池達(dá)到了31.2%的認(rèn)證功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）。刀片涂層疊層太陽能電池在連續(xù)照明1-sun MPPT下保持T80超過1700小時，展示了穩(wěn)定性和可制造性。

2D-n型薄膜及其混合維度分布

2D-n薄膜的能級調(diào)控與混合維度特性

結(jié)構(gòu)維度與組成相關(guān)：圖中可以清晰看到隨著n值的變化，PEA-基 2D 結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，化學(xué)組成從n＝1時的逐漸演變?yōu)镻EA2PЫ4更復(fù)雜的形式，這體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)維度和化學(xué)組成之間的緊密聯(lián)系。

混合維度特性：通過PL 發(fā)射曲線可知，2D - n 薄膜存在混合維度物種，這意味著在實際制備過程中很難獲得單一維度的理想結(jié)構(gòu)，這種混合維度特性可能對薄膜的光學(xué)和電學(xué)性能產(chǎn)生復(fù)雜的影響。

能帶排列規(guī)律：2D-n薄膜的能帶結(jié)構(gòu)隨著值變化而有規(guī)律地改變，且與控制3D刀片涂層鈣鈦礦和 ITO/SAM 的能帶存在特定的對齊關(guān)系。這種能帶排列規(guī)律對于理解電荷在不同結(jié)構(gòu)間的傳輸機(jī)制至關(guān)重要，為優(yōu)化電池性能提供了理論依據(jù)。

PL 發(fā)射強(qiáng)度差異：不同值的物種在 PL 發(fā)射強(qiáng)度上存在差異。這可能是由于不同的結(jié)構(gòu)維度和化學(xué)組成導(dǎo)致了不同的電子態(tài)密度和躍遷幾率，從而影響了光致發(fā)光的強(qiáng)度。通過調(diào)整2D鈣鈦礦薄膜的維度，可以優(yōu)化與3D鈣鈦礦層的能量對齊，從而提高電荷提取和太陽能電池的整體性能。

2D-n/3D薄膜的光致發(fā)光特性與界面驗證

底部界?的?維n型薄膜

2D層的存在：通過HR-STEM圖像確認(rèn)了2D鈣鈦礦層在埋藏界面的存在，這表明在刀片涂層過程中，2D層在一定程度上得以保留。

PLQY值的提升：2D-3/3D薄膜展現(xiàn)出最高的PLQY值，這可能與更好的電荷提取效率和/或更低的非輻射復(fù)合損失有關(guān)。

界面工程的影響：2D層的引入和優(yōu)化可以顯著影響鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池的性能，特別是在提高光致發(fā)光量子產(chǎn)率方面。

2D層的穩(wěn)定性：盡管在刀片涂層過程中可能會發(fā)生部分2D層的溶解和再結(jié)晶，但這些結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)?D層可以為3D鈣鈦礦層提供一個穩(wěn)定的界面，從而提高整體電池性能。

2D-n層在單結(jié)p-i-n電池中的集成效果

集成2D-n層對單結(jié)p-i-n電池性能的影響

2D層的優(yōu)化：引入2D層，特別是2D-3層，可以顯著提高單結(jié)p-i-n電池的性能，這主要是通過改善空穴提取和減少載流子復(fù)合來實現(xiàn)的。

電池性能的提升：2D-3/3D電池在VOC、FF和PCE方面均展現(xiàn)出優(yōu)于控制3D電池的性能，這表明通過界面工程可以顯著提升鈣鈦礦太陽能電池的性能。

穩(wěn)定性的改善：2D-3/3D電池在長期光照下的穩(wěn)定性優(yōu)于控制3D電池，這表明2D層的引入有助于提高電池的長期穩(wěn)定性。

界面工程的重要性：通過調(diào)整2D層的能帶結(jié)構(gòu)和濃度，可以實現(xiàn)與3D鈣鈦礦層的更好能量對齊，從而提高電荷提取效率和電池性能。

封裝后太陽能電池在連續(xù)1-sun光照下的最大功率點跟蹤（MPPT）比較。2D-3/3D電池展現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性，能夠在約950小時保持其初始PCE的80%，而控制3D電池在約600小時后性能下降。

刀片涂層鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的性能與穩(wěn)定性

刀片涂層鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的相關(guān)特性

2D層的集成效果：在鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池中成功集成了2D層，特別是2D-3層，這有助于提高電池的整體性能。

性能提升：2D-3/3D電池在VOC、JSC和FF方面均展現(xiàn)出優(yōu)于控制3D電池的性能，這表明通過界面工程可以顯著提升鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池的性能。

穩(wěn)定性的改善：封裝后的鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池在連續(xù)1-sun光照條件下的最大功率點跟蹤（MPPT）性能。2D-3/3D電池在約1700小時后仍能保持其初始性能的80%，顯示出優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。

通過MPPT測試，研究人員發(fā)現(xiàn)，采用2D/3D異質(zhì)結(jié)構(gòu)的刀片涂層鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池展現(xiàn)出了卓越的長期穩(wěn)定性。2D-3/3D電池在連續(xù)1-sun光照條件下保持了超過1700小時的80%初始性能，這是太陽能電池領(lǐng)域的一個重要里程碑。

美能MPPT多通道電池測試系統(tǒng)

「美能光伏」?MPPT多通道電池測試系統(tǒng)，采用A+AA+級LED太陽光模擬器作為老化光源，以其先進(jìn)的技術(shù)和多功能設(shè)計，為鈣鈦礦太陽能電池的研究提供了強(qiáng)有力的支持。

• 光源等級：A+AA+，光譜匹配度A+級，均勻性A級，長時間穩(wěn)定性A+級
• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）
• 光強(qiáng)可調(diào)節(jié):0.2sun, 0.5sun, 1sun, 1.5sun，4個檔位

功率獨(dú)立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm

通過引入 2D 鈣鈦礦層和優(yōu)化界面，提高了刀片涂層鈣鈦礦 / 硅串聯(lián)電池的性能和穩(wěn)定性，展示了線性印刷技術(shù)在高效太陽能電池制備中的潛力。美能MPPT多通道電池測試系統(tǒng)用于評估和優(yōu)化太陽能電池在連續(xù)工作條件下的性能。通過這一系統(tǒng)，研究人員能夠精確地跟蹤每個電池在模擬實際戶外光照條件下的最大功率點（MPP），并實時調(diào)整以維持最高效率。