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知光谷|这位大佬一直坚持做碳电极钙钛矿电池,连发3篇重要成果!

来源:   作者:  发布时间:2021年12月09日  点击量:

1. Solar RRL综述: 大面积全印刷介观钙钛矿电池

钙钛矿太阳能电池(PSC)已达到 25.5% 的认证效率(PCE),并显示出低成本光伏应用的潜力。推动PSC进入工业化的关键之一是扩大其有效面积。然而,大面积PSC的PCE受到串联电阻(RS) 意外增加的显著限制,这会导致填充因子(FF)的明显损失。

华中科技大学韩宏伟和梅安意等人通过优化器件几何形状、从电极收集电流以及提高背电极的电导率,在具有碳电极的完全可印刷的介观PSC中调节RS。

矩形器件形状和导电基底上的锡母线有效地降低了RS。同时,背面碳电极上额外的热压高导电低温碳层也降低了RS。通过RS调制在1 cm2 PSC获得了13.99%的PCE,而控制设备的PCE仅为7.74%。PCE 的增加是由于FF从 0.372提高到0.638,RS从27.13降低到9.66 Ω cm2。

      

      

                                                
                                      


2. Sol. RRL:卤键提高可印刷无孔导体介观钙钛矿太阳能电池的性能

钙钛矿太阳能电池(PSC)被认为是最有前途的下一代光伏技术。在PSC的所有构型中,可印刷的无空穴传输层的介观PSC(p-MPSC)在低成本、大面积制造和极好的稳定性方面具有独特的优势,使其具有最大的工业化潜力。然而,界面复合损失,特别是在钙钛矿/碳界面,是进一步提高p-MPSCs的光电转换效率 (PCE) 的瓶颈。

华中科技大学韩宏伟和梅安意等人通过后处理引入2-Bromo-6-fluoronaphthalene(2-溴-6-氟萘)作为 p-MPSCs 的界面调节剂。溴末端充当亲电子位点,通过非共价卤素键与钙钛矿中的碘离子相互作用。

同时,萘的稠环能够容纳从钙钛矿吸引的电子密度。这种相互作用在界面处产生了更有利的能带结构。促进空穴提取并抑制界面非辐射复合。因此,p-MPSC器件的效率从原始器件的15.50%提高到了16.77%的高效率,并且稳定性优异。

                                                

3. AEM: 17.7%效率!低成本可印刷介观钙钛矿太阳能电池

基于介孔二氧化钛、介孔氧化锆和多孔碳的无机支架的无空穴导体可印刷介观钙钛矿太阳能电池因其优异的稳定性和低制造成本而备受关注。然而,在这种无空穴导体的器件中,光生空穴的传输主要由扩散辅助的电荷载流子运动主导,而驱动力不足。加强内置电场(BEF)是促进定向载流子传输的有效策略。

华中科技大学韩宏伟和Yue Hu等人通过使用优化的两步沉积方法,通过梯度自掺杂在不同层中产生钙钛矿的功函数差异(Δμ)来增强 BEF。增强的BEF改善了空穴传输和提取,并显著降低了器件中的载流子复合损失。

因此,在没有任何添加剂或复杂工艺的情况下,平均开路电压提高了60 mV以上,功率转换效率达到了17.68%。该策略为制造具有降低载流子复合损失的高效可印刷介观钙钛矿太阳能电池提供了一种新方法。

                                                                        

   


1. Series Resistance Modulation for Large-Area Fully Printable Mesoscopic Perovskite Solar Cells. Sol. RRL. 

https://doi.org/10.1002/solr.202100554

2. Halogen Bond Involved Post-Treatment for Improved Performance of Printable Hole-Conductor-Free Mesoscopic Perovskite Solar Cells. Sol. RRL 2100851. 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.202100851

3. Minimizing the Voltage Loss in Hole-Conductor-Free Printable Mesoscopic Perovskite Solar Cells. Adv. Energy Mater. 2021, 2102229. 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202102229


                  作者简介                    

韩宏伟,华中科技大学二级教授,博士生导师,国家中青年科技创新领军人才。2000年和2005年分别获武汉大学学士和博士学位。2006年澳大利亚蒙纳什大学从事博士后研究。2008年加盟华中科技大学武汉光电国家实验室(筹)。近年来专注于印刷介观太阳能电池研究,在Science、Nature Chem.、Nature Comms.、Energy Environ. Sci.、J. Am. Chem. Soc.等杂志上发表学术论文60余篇,单篇最高被引1100余次。

                            

韩宏伟教授团队长期以来专注于可印刷太阳能电池及光伏组件的研究。他们于2014年在Science报道了一种基于全印刷技术的介观钙钛矿太阳能电池,其特点是通过逐层印刷的方式在导电基板上沉积二氧化钛电子传输层、二氧化锆间隔层、碳对电极层,之后填充钙钛矿吸光材料,该器件不需要使用空穴传输材料作为空穴收集层。通过引入两性分子如(5-氨基戊酸)对钙钛矿材料及界面改性提高器件稳定性及光电转换效率。