世界最高效大面积钙钛矿太阳能电池

华中科技大学武汉光电国家实验室陈炜副教授在访问日本国立物质与材料研究院(NIMS)期间,在钙钛矿薄膜太阳能电池研究领域取得重要进展。


  如图3-4所描述,通过简单改变扫描条件即可消除迟滞效应、以及良好的稳定性是保证我们的大面积电池在日本AIST这种坚持最严格测试标准的认证机构取得认证成功的重要原因(图5)。我们的结果被号称“太阳能电池之父”的Martin Green教授接受,并首次写入由他联合NREL、AIST等权威部门编纂的《Solar cell efficiency tables, (version 46)》,见图6的“Table I”;这与之前韩国KRICT在Newport认证的小面积电池结果不同,他们的结果在Table III,被归类为“Notable exceptions”和“not class records”,主要原因在于面积过小容易引起较大测量误差。关于严格测试的重要性在最近连续几篇Nature子刊的评论文章中可以读到。我们大面积钙钛矿电池认证成功,使得钙钛矿太阳能电池的性能指标首次能够与其他类型太阳能电池在同一个标准下进行比较。并且,通过1cm2的器件可以估计更大面积电池模组的理论最大性能,因为更大面积的模组通常是由宽度为1cm2左右的长条状电池串并联组成,两者来自导电玻璃的电阻损耗相当。此外,基于我们的测试结果,AIST将与全球其他权威认证机构探讨建立新型钙钛矿太阳能电池的检测标准,相信以后会有更多钙钛矿太阳能电池的认证结果出自NREL、AIST等权威机构。
图5. 日本AIST认证结果,电池面积1.017cm2


图6. 认证结果为《Solar cell efficiency tables,(version 46)》收录


  最后,我们认为,通过进一步改进钙钛矿薄膜质量和组分(例如以NH2-CH=NH2+离子取代CH3NH3+离子),大面积钙钛矿太阳能电池的效率记录可以很快推进到20%的水平。而关于稳定性则需要做更多更深入的研究工作,目前的器件仍存在一定程度的衰减(尽管衰减较小),除了所使用钙钛矿材料CH3NH3PbI3自身可能的分解外,可能与封装强度也有关。通过成分调控将CH3NH3PbI3钙钛矿材料的结晶温度(反之也是晶体退化温度)从目前的70-80 提升到100-120 以上,并采用更可靠的封装方式避免湿气的缓慢渗透,将有可能得到寿命足够长的电池器件。陈炜副教授已经获得风险投资意向,开始钙钛矿太阳能电池的中试研发,企业的介入将加快推动具有实用价值的新型光伏器件的诞生。
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