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陈红征杨德仁:超宽禁带 FAPbBr₃基4T钙钛矿硅叠层太阳能电池
钙钛矿/晶体硅四端(4T)叠层太阳能电池(TSCs)虽具备巨大商业化潜力,但目前常用的中带隙(1.50–1.80 eV)钙钛矿子电池存在稳定性差的问题,且其发电量占总输出的比例偏高(约60%),这使稳定性难题成为制约器件发展的一大挑战。
针对该问题,浙江大学陈红征、杨德仁、余学功和左立见等人设计了超宽禁带(UWBG, 2.0 eV)FAPbBr₃子电池,实现了将主要发电量转移至晶体硅子电池,同时保持器件的高效率。SQ极限计算表明,该结构叠层电池的最高效率可达43%左右,其中晶体硅子电池的发电量占比超过60%。
此外,研究团队开发了路易斯碱/酸双钝化策略,可有效抑制FAPbBr₃中的缺陷,使该单结子电池的光电转换效率达到10.76%的优异水平,同时实现了1.63 V的开路电压纪录与86.67%的填充因子。基于此结构的4T钙钛矿/晶体硅叠层电池效率达到29.62%,且晶体硅子电池的发电量占比提升至66.61%。
该团队通过将不透明银背电极替换为铟锌氧化物(IZO),制备出高性能半透明钙钛矿太阳能电池,该器件同时实现9.89%的效率与64%的平均可见光透过率,进而获得6.33%的创纪录光利用率。
值得注意的是,FAPbBr₃单结器件在储存4800小时后,仍能保持95%的初始效率;得益于较大的晶格形成能与抗溴离子氧化特性,这类电池的T₉₅寿命更可达约5000小时(T₉₅指效率保持初始值95%的时长)。
综上,本研究开发的超宽禁带FAPbBr₃基4T叠层电池结构,不仅实现了接近29.62%的高效率,还大幅提升晶体硅子电池发电量占比至70%左右,为制备高稳定性、可商业化的钙钛矿/晶体硅四端叠层电池提供了切实可行的技术路径。
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