采用銻摻雜錫氧化物的倒置鈣鈦礦太陽能電池效率達(dá)到25.7%

新加坡的研究人員已經(jīng)建造了一種倒置鈣鈦礦光伏器件，該器件具有p型銻摻雜錫氧化物(ATOx)中間層，據(jù)報道，該夾層減少了小面積和大面積鈣鈦礦電池之間的效率差異。根據(jù)他們的研究結(jié)果，ATOx可以很容易地取代常用的氧化鎳(NiOx)作為空穴傳輸材料(HTL)。

由新加坡國立大學(xué)(NSU)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組通過p型銻摻雜氧化錫(ATOx)與甲基取代的tututed咔唑(Me-4PACz)作為鈣鈦礦吸收層和空穴傳輸層(HTL)之間的夾層，制備了一種倒置的鈣鈦礦太陽能電池(p-i-n)。

該研究的通訊作者Hou Yi告訴PV Magazine: “ATOx是結(jié)實(shí)的，能夠避免在鎳氧化物(NiOx)/鈣鈦礦界面上觀察到的典型界面去質(zhì)子化反應(yīng)，從而與鈣鈦礦形成化學(xué)穩(wěn)定的界面。“ATOx有效地抑制了鈣鈦礦中的非輻射復(fù)合，并延長了載流子的壽命。此外，由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性，它增強(qiáng)了載流子在ATOx/鈣鈦礦界面的傳輸。

倒置鈣鈦礦電池具有稱為“p-i-n”的器件結(jié)構(gòu)，其中空穴選擇性接觸 p 位于本征鈣鈦礦層 i 的底部，電子傳輸層 n 位于頂部。傳統(tǒng)的鹵化物鈣鈦礦電池具有相同的結(jié)構(gòu)，但相反，即“n-i-p”布局。在p-i-n架構(gòu)中，太陽能電池通過空穴傳輸層(HTL)側(cè)被照射;在傳統(tǒng)的 n-i-p 結(jié)構(gòu)中，它通過空穴傳輸層 (ETL) 表面被照射。

科學(xué)家們用氧化銦錫(ITO)基板、由Me-4PACz制成的HTL、ATOx中間層、鈣鈦礦吸收層、浴銅堿(BCP)緩沖層和銀(Ag)金屬電極構(gòu)建了電池。電池中使用的ATOx納米顆粒的晶體尺寸約為10 nm，所得的ATOx層的厚度約為20 nm。

該小組強(qiáng)調(diào)，ATOx在300 nm至900 nm之間顯示出更高的透過率和4.46 eV的光學(xué)帶隙，他們說這接近HTL中最常見的化合物--氧化鎳(II)(NiOx)。“開爾文探針力顯微鏡(KPFM)測量顯示，Me-4PACz修飾的ATOx和NiOx具有相同的功函數(shù)，”它進(jìn)一步解釋說，指的是他們?yōu)榛鶞?zhǔn)電池開發(fā)的參考中間層。

在標(biāo)準(zhǔn)照明條件下測試，太陽能電池在0.05平方厘米的面積上實(shí)現(xiàn)了25.7%的功率轉(zhuǎn)換效率，在1平方厘米的面積上實(shí)現(xiàn)了24.6%的功率轉(zhuǎn)換效率。對于這兩種器件，認(rèn)證穩(wěn)態(tài)效率分別為 24.8% 和 24.0%。這些值明顯高于基于NiOx的基準(zhǔn)電池所達(dá)到的值。

基于ATOx的倒置裝置還能夠在2000小時內(nèi)保持約90%的初始效率，在500小時內(nèi)保持約93%的初始效率。

“利用ATOx的器件有效地減少了小面積和大面積鈣鈦礦電池之間的效率差異，”Hou Yi說?！癆TOx作為空穴傳輸材料，具有高效率、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性的組合，優(yōu)于常用的NiOx。”

該研究小組在發(fā)表在《自然能源》雜志上的“Enhancing the efficiency and longevity of inverted perovskite solar cells with antimony-doped tin oxides,”研究中描述了新的電池概念。