研发报告详细内容

“烹饪”出高效的钙钛矿太阳能电池

      材料来源:compoundsemiconductor

柏林的Helmholtz-Zentrum团队表示,添加DMSO有利于晶体生长...但仅在一定程度上有效

 

由晶体硅制成的太阳能电池仍占屋顶装置和太阳能农场的最大份额。但其他技术早已成熟,例如在基板上沉积极薄的太阳能电池材料,将阳光转换成电能。

 

Eva Unger和她的柏林Helmholtz-Zentrum(HZB)研究小组正在研究钙钛矿太阳能电池,其电池效率接近于由晶体硅制成的电池,但距离工业化制造还有很长的路要走。

 

如今,她的团队正在采取下一步措施,开发可扩展的方法来涂覆更大的表面。

 

集成与新技术创新实验室( HySPRINT )是HZB与行业合作的基础。在混合硅钙钛矿研究中,HySPRINT团队着重研究那些已被行业认证的流程。

 

她解释说:“我们在这里进行了狭缝式涂布实验。在过程中,作为钙钛矿前体、溶剂和添加剂的稀溶液,这些"墨水"从狭缝状喷嘴流出,像帘子一样落到下面被输送的玻璃基底上,随后成为太阳能电池。施涂后,开始结晶,长出一层超薄的半导体钙钛矿结构。

 

Unger与团队成员博士生Jinzhao Li和Janardan Dagar已经发现,材料墨水中有机溶剂二甲基硫醇(DMSO)的准确含量对这个过程至关重要。

 

上图显示了钙钛矿前体,溶剂和添加剂的液态溶液从狭缝形喷嘴流到下面传送的玻璃基板上的情况。

 

Unger将其用作添加剂,因为它对墨水的效果显著。研究人员说:"DMSO会诱发钙钛矿的结晶核"。晶核通常是微小的晶粒,有助于启动晶体并促进生长。“在BESSY II的X射线衍射实验中,我们发现含有和不含DMSO的墨水存在显著差异”,这位物理化学家解释说。

 

然而,正如她的团队在多次实验中发现的那样,添加的准确含量至关重要。

 

更多的DMSO有利于晶体生长,但仅在一定程度上有效。如果超过这个范围,则会发生其它的反应,由此产生的微结构会降低太阳能电池的性能。

 

Unger说,“这就像给汤调味一样, 加得太少会乏味,加的太多味道也不好。只有适量,才能达到最佳效果。”除了最精确的成分,HZB团队还彻底研究了墨水的老化过程,进而研究了存储寿命。"这是一个迄今为止很少受到关注的方面",Unger解释道, “钙钛矿前体墨水的老化会影响器件性能。这是在开发油墨和制造工艺时必须考虑的重要因素。”

 

参考文献:

 

'20.8 percent Slot‐Die Coated MAPbI3 Perovskite Solar Cells by Optimal DMSO‐Content and Age of 2‐ME Based Precursor Inks' by Jinzhao Li et al; Advanced Energy Materials 25 January 2021

 

 

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