En strategi til at skabe mere effektive narrow bandgap (NBG) perovskitefilm til tandemsolceller

All-perovskite tandem solceller, solceller bestående af stablede bredbåndsgab (WBG) og narrow-bandgap (NBG) perovskiter, kunne være særligt lovende energiløsninger. Sammenlignet med andre eksisterende fotovoltaiske systemer kunne disse celler opnå en god energieffektivitet og samtidig reducere fremstillingsomkostningerne betydeligt.

Forskere ved University of North Carolina ved Chapell Hill og University of Rochester har for nylig udtænkt en ny varmgas-assisteret metode, der kan forbedre fremstillingen af ​​NBG perovskitfilm til tandemsolceller. Denne strategi kombineret med et antioxidationsmateriale tilføjet i filmen, som begge blev introduceret i et papir offentliggjort i Nature Energy , kunne øge solcellernes bærerekombinationslevetid (dvs. den tid, det tager for overskydende ladningsbærere at henfalde).

"All-perovskite tandem perovskite solceller lover at reducere omkostningerne ved fotovoltaiske systemer på grund af deres potentiale til at nå en meget højere effektivitet end deres single-junction modstykker, samtidig med at de opretholder løsningsfremstillingsprocesserne," Jinsong Huang, en af ​​forskerne som udførte undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Sammenlignet med single junction perovskite-moduler kan anvendelsen af ​​tandemstrukturer, som har meget mindre fotostrømme, men højere fotospænding, også reducere celle-til-modul effektivitetsnedsættelsen og dermed muliggøre realisering af højere moduleffektiviteter for monolitisk sammenkoblede moduler i en serie."

I all-perovskite tandem solceller aflejres både WBG og NBG perovskite lag ved hjælp af en metode kaldet blade coating. Bladbelægning, også kendt som knivbelægning eller rakel, er en skalerbar belægningsteknik, der indebærer påføring af et overskud af belægningsmateriale på et substrat og derefter fjernelse af noget ved hjælp af en klinge, indtil man når den ønskede belægning.

Huang og hans kolleger udtænkte en ny bladbelægningsstrategi, der kunne være særlig gunstig til fremstilling af NBG perovskitfilm. I modsætning til andre typisk anvendte strategier, bruger deres teknik en varm gas.

"For at skabe vores NBG perovskite-film udviklede vi en varmgas-assisteret bladbelægningsstrategi for at opnå højkvalitets, stort område og tykke film," sagde Huang. "Den varme gas accelererede tørringen af ​​opløsningsmidlerne med højt kogepunkt for at størkne den som coatede våde film, hvilket forhindrede mikroskala-opløsningen i at flyde. Derudover blev et reduktionsmiddel benzylhydrazinhydrochlorid (BHC) indført for at forhindre Sn ²⁺ og iodidoxidation under filmaflejring og, endnu vigtigere, for at modstå lufteksponeringen under modulfremstilling."

Ved at bruge deres nye bladbelægningsmetode var Huang og hans kolleger i stand til at undertrykke ugunstige processer, der opstod under belægningen af ​​deres NBG perovskitfilm. Den resulterende film blev derefter brugt til at skabe alle-perovskite tandem solceller med en bemærkelsesværdig effektivitet på 21,6%, med en 14,3 cm ² blændeareal, hvilket svarede til en aktiv arealeffektivitet på 23 %.

"Vores innovative, hot-gas-assisterede bladbelægningsmetode muliggør fremstilling med høj gennemstrømning af NBG-film af høj kvalitet med stort område til tandemsolceller i fuld perovskit," tilføjede Huang. "På den anden side er det udfordrende at opskalere alle-perovskite tandem solcellemoduler på grund af nedbrydningen af ​​smalbåndsgabet undercellen under modulbehandling i en omgivende tilstand. I dette arbejde muliggør reduktionsmidlet BHC modulfremstilling i et omgivende miljø, hvilket er et kritisk skridt mod industrialisering."

I fremtiden kan det nylige arbejde fra dette team af forskere bidrage til industrialiseringen og opskaleringen af ​​effektive tandemsolceller med fuld perovskit, der er mere overkommelige. I mellemtiden planlægger forskerne at bruge deres metode til at udvikle mere effektive og stabile solcellemoduler med større overfladearealer. + Udforsk yderligere

Fuldt skalerbare all-perovskite tandem solcellemoduler

© 2022 Science X Network