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韩礼元教授团队在《Joule》发表无铅钙钛矿太阳能电池综述论文
发布日期:2021/3/24 13:27:26 阅读次数:45805

有机铅卤半导体作为吸光材料的钙钛矿太阳能电池实现了高光电转换效率且其稳定性也逐步得到改善。然而,铅泄露造成的环境污染问题可能会阻碍其大规模商业化的进程,解决的主要方法是研发无铅钙钛矿材料。其中,锡钙钛矿具有理想的带隙以及较高的载流子迁移率,成为了最有前景的下一代钙钛矿光电材料。近日,上海交通大学韩礼元教授团队在Cell Press旗下知名期刊《Joule》(影响因子:29.155)上发表了题为“Lead-Free Tin Perovskite Solar Cells”的综述论文。韩礼元教授为论文的通讯作者,博士生吴天昊和日本东京大学的刘潇研究员为共同第一作者。该团队也是无铅钙钛矿太阳能电池权威认证效率记录(11.2%)的保持者(Energy Environ. Sci. 2020, 13, 2896) 。

该综述基于太阳能电池等效回路模型全面分析了锡钙钛矿电池效率和稳定性的进展,包括器件中短路电流、开路电压及填充因子等光伏参数的损失机制和改善方法,并提出了将光电转换效率进一步提升至20%的策略,即先通过增加载流子扩散长度提升短路电流,效率提升至15%,随后通过改善界面能级匹配度和表面钝化减少开路电压和填充因子损失,效率提升至20%。最后,文章也对锡钙钛矿电池器件面积的增加以及其大规模工业化制备的前景做了展望。

图1 锡钙钛矿太阳能电池的光电转换效率展望。


图2 (A)锡钙钛矿太阳能电池在不同波长下的单色光电转换效率极限值预测;(B)锡钙钛矿吸光层厚度对器件电流密度-电压特性曲线的影响;(C)器件中新型电荷提取结构的示意图。


图 3 (A)基于锡和铅两种钙钛矿太阳能电池的开路电压损失比较;(B)开路电压为0.7V和0.84V的器件在最大功率点下输出电压随时间的变化曲线;(C)太阳能电池的开路电压-填充因子关系曲线,红色虚线表示开路电压为0.7V时,不同的器件理想因子n所对应的填充因子最大值;(D)有效面积为0.09 cm2和 1.02 cm2的锡钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压特性曲线。

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撰稿:吴天昊

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