浅析谭海仁课题组钙钙叠层发家史

文摘   科学   2024-01-08 22:17   山西  

昨天小编简析了Dewolf课题组钙硅叠层发展史,收到了许多读者的留言希望看到系列。今天小编不偷懒,继续更新钙钙叠层世界纪录保持着谭海仁老师课题组关于钙钙叠层方向的发展史。

  1. NE:Monolithic all-perovskite tandem solar cells with 24.8% efficiency exploiting comproportionation to suppress Sn(ii) oxidation in precursor ink (2019年)利用金属锡通过还原Sn4+(Sn2+的氧化产物)至Sn2+,且降低了Pb-Sn钙钛矿中的Sn空位缺陷。通过这一方法,提高了窄能隙钙钛矿材料的电荷载流子扩散长度,最佳材料达到了3微米。在1.22电子伏窄能隙太阳能电池中获得了21.1%的PCE。全钙钛矿串联电池小面积器件(0.049平方厘米)PCE为24.8%,对于大面积器件(1.05平方厘米)PCE为22.1%。这些串联电池在全1太阳光照下最大功率点运行463小时后,保持90%的性能。https://doi.org/10.1038/s41560-019-0466-3

2. ACS energy letter:Solution-Processed Monolithic All-Perovskite Triple-Junction Solar Cells with Efficiency Exceeding 20% (2020年)采用最佳能隙钙钛矿的高效全钙钛矿三结太阳能电池的溶液处理方法。通过开发与钙钛矿吸收材料的溶液处理兼容的互连层,获得了具有2.8 V开路电压和81.1%填充因子的单片全钙钛矿三结电池。

https://dx.doi.org/10.1021/acsenergylett.0c01184

 3. NE:All-perovskite tandem solar cells with 24.2% certified efficiency and area over 1 cm2 using surface-anchoring zwitterionic antioxidant(2020年)使用强还原表面锚定的双性分子,同时提高窄能隙子电池的效率、均匀性和稳定性。这种双性抗氧化剂抑制了Sn2+的氧化,并在混合铅锡钙钛矿薄膜的晶界表面钝化缺陷,使得单结太阳能电池的效率达到了21.7%(认证为20.7%)。进一步在1平方厘米的全钙钛矿串联电池中获得了认证效率为24.2%,在实验室中,对于0.049平方厘米和12平方厘米的器件,分别获得了25.6%和21.4%的功率转换效率。经封装的串联器件在常温下,在一太阳光照下,在54-60摄氏度的设备温度下运行500小时后,保持了88%的初始性能。

https://doi.org/10.1038/s41560-020-00705-5

4. Science China chemistry: Cross-linked hole transport layers for high-efficiency perovskite tandem solar cells (2021年)通过将常用的PTAA空穴传输层更换为原位交联的小分子N4,N4'-二(萘-1-基)-N4,N4'-二(4-乙烯基苯基)联苯-4,4'-二胺(VNPB),提高了宽带隙钙钛矿太阳能电池的开路电压(VOC)和光电转换效率(PCE)。在VNPB/钙钛矿界面,更强的相互作用和较低的陷阱密度提高了宽带隙钙钛矿太阳能电池的PCE和稳定性。通过在前端宽带隙子电池中使用交联HTL,分别在钙钛矿/钙钛矿和钙钛矿/硅串联太阳能电池中实现了24.9%和25.4%的光电转换效率。

https://link.springer.com/article/10.1007/s11426-021-1059-1

5. Solar RRL:Thermally Stable All-Perovskite Tandem Solar Cells Fully Using Metal Oxide Charge Transport Layers and Tunnel Junction (2021年) 采用金属氧化物(NiOx和SnO2)作为空穴传输层和电子传输层。金属基复合层被稳定且导电的氧化铟锡纳米晶膜所替代,用于制备全金属氧化物的隧道结。基于这些设计策略,封装的全钙钛矿串联太阳能电池在85摄氏度胁迫2500小时后保持了85%的初始效率,并在最大功率点和运行温度约65摄氏度的条件下运行900小时后仍保持了80%以上的初始性能。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.202100814

6. Nature: All-perovskite tandem solar cells with improved grain surface passivation (2022年)详细解析见往期推送:26.7%全钙钛矿叠层-窄带隙优化篇

7. Science: Scalable processing for realizing 21.7%-efficient all-perovskite tandem solar modules (2022年)详细解析见往期推送:全钙钛矿叠层模组,一个字:服!

8.AM: Steric Engineering Enables Efcient and Photostable WideBandgap Perovskites for All-Perovskite Tandem Solar Cells(2022年)通过将二甲基铵和氯化物合金化到混合阳离子混合卤化物钙钛矿中,可以获得宽能隙,而溴化物含量大大降低,同时晶格应变和陷阱密度也被最小化。宽带隙钙钛矿太阳能电池表现出明显改善的性能和光稳定性,在最大功率点运行1000小时后,保持了超过90%的初始效率。通过立体工程实现的三阳离子/三卤离子宽带隙钙钛矿,进一步在全钙钛矿串联太阳能电池中获得了26.0%的稳定转换效率。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202110356

9. NE:Flexible all-perovskite tandem solar cells approaching 25% efficiency with molecule-bridged hole-selective contact (2022年)使用基于咔唑核心和膦酸锚定基团的两种有机分子混合物,形成自组装单分子层,并连接钙钛矿和低温处理的NiO纳米晶膜。这些有机分子作为空穴选择性材料,有助于减轻界面复合并促进空穴抽取。展示了效率为24.7%(认证为24.4%)的柔性全钙钛矿串联太阳能电池,优于所有类型的柔性薄膜太阳能电池。在更大的器件面积(1.05平方厘米)上,也报道了23.5%的效率。分子桥接的界面使得柔性全钙钛矿串联太阳能电池在半径为15毫米的弯曲环境中进行了10,000次弯曲后仍然保持其初始性能。

https://www.nature.com/articles/s41560-022-01045-2

10. Joule:Performance optimization of monolithic allperovskite tandem solar cells under standard and real-world solar spectra (2022年) 构建单片全钙钛矿串联太阳能电池是提高效率超越单结限制的一种有前景的策略。然而,仍有两个基本问题尚未解答:

  1. “电流匹配”是否始终是最大化串联效率的必要条件?

  2. 如何在实际太阳光谱下最小化电流不匹配损失?

作者通过使用经过验证的光学和电学模型进行模拟来回答这些问题。在标准测试条件下,这种全钙钛矿串联结构的最佳效率是当宽能隙顶部子电池的短路电流密度约为1.05 mA/cm²时,优于底部子电池。为了回答第二个问题,我们使用实际天气数据作为简化模型的输入,大大减少了计算时间并提高了年度能量产出高达4.5%。边际电流不匹配损失,甚至有所增益,缓解了对在实际太阳光谱下的额定串联产品的担忧。

https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.06.027

11. Elight: Revealing the output power potential of bifacial monolithic all-perovskite tandem solar cells (2022年)首次展示了双面单片全钙钛矿串联太阳能电池,并揭示了它们的输出功率潜力。通过用透明导电氧化物电极替代单面串联的后置金属电极,实现了双面串联。采用能隙工程手段,在不同的后侧照明条件下实现了电流匹配。双面串联在实际的后侧照明条件下表现出28.51 mW cm^-2的高输出功率密度。进一步的能量产出计算显示,在不同的气候条件下,双面串联相对于单面串联在不同地面反照率下都能获得可观的能量产出增益。

https://elight.springeropen.com/articles/10.1186/s43593-022-00028-w?via=indexdotco

12. NC:Oxidation-resistant all-perovskite tandem solar cells in substrate configuration(2023年)采用基板配置(首先沉积背面子电池,然后沉积前面子电池)的方式,将可氧化的窄带隙钙钛矿深埋在器件层堆中,从而实现全钙钛矿串联。通过在宽带隙钙钛矿子电池中使用四氟硼酸胍添加剂,在基板配置的全钙钛矿串联电池中实现了25.3%的效率。未封装的器件在干燥空气中存储1000小时后不表现性能降解。基板配置还扩展了柔性基板的选择范围:分别在镀铜的聚乙烯萘和铜箔上实现了24.1%和20.3%的高效柔性全钙钛矿串联太阳能电池。

https://doi.org/10.1038/s41467-023-37492-y

13. NE:Inorganic wide-bandgap perovskite subcells with dipole bridge for all-perovskite tandems(2023年)详细解析见往期推送:最新NE:基于全无机钙钛矿的全钙钛矿叠层

14.Nature: All-perovskite tandem solar cells with 3D/3D bilayer perovskite heterojunction(2023年)详细解析见往期推送:Nature: 全钙钛矿叠层效率纪录28%

15.Angew: Efficient All-Perovskite Tandem Solar Cells with Low-Optical-Loss Carbazolyl Interconnecting Layers (2023年)采用了由咔唑基空穴选择性分子(CHs)锚定的金属氧化物纳米晶层,这些层表现出更低的光学损耗,用于替代聚(3,4-乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)作为铅锡(Pb-Sn)钙钛矿子电池的空穴传输层(HTLs)和全钙钛矿串联太阳能电池中的互连层(ICLs)。使用光学透明的氧化铟锡纳米晶(ITO NCs)层来增强CHs的锚定,同时采用两种CHs的混合物来调整ITO NCs的表面能级。经过优化的混合Pb-Sn窄带隙钙钛矿太阳能电池展现了23.2%的高效率,具有33.5 mAcm²的高短路电流密度(Jsc)。在全钙钛矿串联太阳能电池中,进一步获得了28.1%的高效率,为迄今为止最高的Jsc为16.7 mAcm²。经封装的串联太阳能电池在全1太阳光照下最大功率点(MPP)运行500小时后,保持了90%的基准性能。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/ange.202313374

16. AM:Scalable Solution-Processed Hybrid Electron Transport
Layers for Efficient All-Perovskite Tandem Solar Modules
(2023年)开发了一种在全钙钛矿串联太阳能模块中采用刮刀涂覆的混合富勒烯(HF)的可伸缩溶液处理方法,涂覆在宽带隙(约1.80电子伏)和窄带隙(约1.25电子伏)钙钛矿薄膜上。HF由富勒烯(C60)、苯基C61丁酸甲酯和茚烯-C60双加成物的混合物组成,具有改善的电导率、与宽能隙和窄能隙钙钛矿的优越能级对齐以及与传统热蒸发C60相比减少界面非辐射复合的特点。采用可伸缩溶液处理的HF作为ETL,全钙钛矿串联太阳能模块实现了23.3%的最高转换效率(光照面积=20.25平方厘米)。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202308706

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