導讀
單節鈣鈦礦太陽能電池目前認證的黃勁最高效率已到達25.6%，而疊層太陽能電池對于進一步提高鈣鈦礦太陽電池的松課效率和突破理論極限（Shockley-Queisser limit）被人們寄予厚望。疊層鈣鈦礦太陽能電池一般是題組鈦礦將寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池（WBG）和成熟的比如硅、銅銦鎵硒電池等組合起來，最新而于鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池，陷工效率只能達到25-26%，程助遠低于基于雙面紋理的力鈣鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池，其原因是黃勁較低的開路電壓（VOC）和填充因子（FF）。而對于疊層電池來說，松課如何在具有紋理的題組鈦礦硅表面制備高質量的具有較長的載流子擴散長度，較低的最新輻射復合寬禁帶鈣鈦礦薄膜一直以來都是個難題。此外，陷工開壓損失（VOC deficit）一般隨著禁帶寬度增加而增大，程助使得寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池的力鈣開壓損失一直很高，抑制了整體的黃勁疊層效率。因此，如何提高提高薄膜質量，降低開壓損失，成為提高寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池效率的關鍵因素。
成果掠影
最近，北卡羅來納大學教堂山分校黃勁松課題組發表了相關性論文，發現了制約鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池中的WBG太陽能電池性能是由于間隙碘引發的深層缺陷所導致。作者通過加入三溴化物離子抑制了間隙碘的形成進而減少了電流復合，從而在1微米的WBG太陽能電池中實現了83%的FF和21.9%的效率及開壓損失低于0.4V，封裝后的疊層太陽能電池在運行550h后仍能保持93%的效率。本文的第一作者為Guang Yang，通訊作者為黃勁松教授。相關文章以“Defect engineering in wide-bandgap perovskites for efficient perovskite–silicon tandem solar cells“發表在Nature Photonics上。
核心創新點
揭示了寬禁帶鈣鈦礦開壓損失的原因，通過加入三溴化物離子，刮涂法制備出了1mm厚的寬禁帶鈣鈦礦活性層，并取得了較低的開壓損失和較高的填充因子，并且該離子的加入抑制了相分離，疊層太陽能電池的穩定性得以大幅提升。
數據概覽
圖一：Cs0.1FA0.2MA0.7Pb(I1-xBrx)3電池中不同Br濃度的缺陷密度分布?2022 Springer Nature Limited
圖二：寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能?2022 Springer Nature Limited
圖三：寬帶隙鈣鈦礦的光電性能的表征?2022 Springer Nature Limited
圖四：鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池的光伏性能及長時間穩定性測試?2022 Springer Nature Limited
成果啟示
深層缺陷眾所周知限制了寬禁帶鈣鈦礦太陽能的電池的效率，而在寬禁帶鈣鈦礦中添加三溴化物離子可以抑制缺陷的形成，降低非輻射復合和開壓損失，提高載流子提取效率及壽命。因此，可以用于制備更厚（載流子擴散距離更長）的活性層并應用在具有紋理的硅電池上，為鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池的商業化發展提供了思路。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-022-01033-8
