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⚡ 绿色能源与节能环保小试

南京大学在大面积全钙钛矿叠层太阳能电池效率上获突破,效率达24.7%

完成机构
研究领域
发布时间
2020-10-06

💡这项突破是什么?

基于高效的大面积宽、窄带隙钙钛矿子电池,本工作还设计了稳定高效的全钙钛矿叠层电池结构,将窄带隙子电池中常用的不稳定有机电子传输层BCP,用原子层沉积(ALD)生长的致密SnO2层取代(如图2a所示),有效提升了叠层的电池的耐氧化稳定性和工作稳定性。

结合以上系列研究思路和器件设计,谭海仁教授课题组成功实现了高效率的大面积全钙钛矿叠层太阳能电池,实验室测试大面积叠层电池的效率从22.7%提高到24.7%,并且获得的小面积叠层电池的效率高达25.6%(如图2c-h所示)。为了证明本工作提出的原理和技术可实现大面积的产业化应用,团队成员还制备了单个电池面积达12cm2的叠层电池,器件转换效率高达21.4%(如图2i所示),是目前面积大于10cm2的钙钛矿电池中,首次报道效率突破20%的结果,展示了本工作提出的叠层器件结构和制备技术具有良好的产业化前景。

图2. 大面积全钙钛矿叠层太阳能电池的光伏性能。

经日本JET认证,谭海仁课题组研发的大面积全钙钛矿叠层电池稳态光电转换效率高达24.2%,被收录到最新一期(Version 56)太阳能效率世界记录表《Solar cell efficiency tables》(如图3所示),高于目前大面积单结钙钛矿电池的世界最高认证效率21.6%。该工作也是我国叠层太阳能电池成果首次被《Solar cell efficiency tables》收录。

《Solar cell efficiency tables》是由太阳能之父Martin Green教授与美、日、意、澳等多国科学家联合编撰的权威榜单,代表着光伏领域全球最前沿的创新水平。该榜单仅认可美国国家可再生能源实验室(NREL)、日本产业技术综合研究所(AIST)、日本电气安全和环境技术实验室(JET)、德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer-ISE)等7家世界公认的第三方检测机构提供的测试结果。

图3. 最新叠层太阳能电池的世界记录效率表(version 56)。

博士生肖科(2019级)、林仁兴(2018级)和硕士生韩巧雷(2018级)为论文的共同第一作者,南京大学现代工学院谭海仁教授为论文通讯作者。本工作得到电子学院徐骏教授、现代工学院朱嘉教授、物理学院张春峰教授、澳大利亚国立大学Hieu Nguyen博士以及多伦多大学Edward Sargent教授的大力支持和帮助;还得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省基础研究计划(前沿引领技术)、江苏省双创计划、中央高校基本科研业务费等项目支持;固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室给予了重要支持。