全钙钛矿串联太阳能电池是由具有不同能带隙的钙钛矿形成的p-n结堆栈，有可能实现比传统单结太阳能电池更高的效率。然而，到目前为止，大多数提出的全钙钛矿串联电池尚未达到所需的功率转换效率(PCE)，这通常是由于与创建合适的窄带和宽带隙子电池相关的困难。
南京大学和多伦多大学的研究人员最近开发了新型无机宽带隙钙钛矿亚电池，可以增加这些有前途的太阳能电池的PCE和稳定性。他们的设计在Nature Energy的一篇论文中介绍，涉及在细胞内的有机传输层和无机钙钛矿之间的界面处插入钝化偶极子层。
“我们的研究小组一直专注于改进全钙钛矿串联太阳能电池的PCE，这些电池已多次打破世界纪录，并已被列入'太阳能电池效率表'，”进行这项研究的研究人员之一Hairen Tan告诉Tech Xplore。
“然而，使用混合有机无机宽带隙钙钛矿制造的高效串联太阳能电池迄今为止仅保持其初始PCE的90%，在其最大功率点(MPP)下运行600小时。因此，实现长期稳定性已成为全钙钛矿叠层太阳能电池商业化的关键问题。
由CsPbI组成的全无机钙钛矿3-x溴x已经发现比结合有机和无机钙钛矿的混合材料表现出更好的热稳定性和光稳定性。因此，作为他们最近研究的一部分，Tan和他的同事试图使用这些材料来制造具有更好长期运行稳定性的全钙钛矿串联太阳能电池。具体来说，他们使用了CsPbI3-x溴x钙钛矿用于创建无机宽带隙亚电池，该亚电池可以集成到全钙钛矿串联电池中。
“无机宽带隙钙钛矿通常具有高于具有相同带隙的等效混合钙钛矿的导带最小值，”Tan说。“钙钛矿/电子传输层界面处的大导带偏移(ΔEc ~ 0.7 eV)(C60)不仅严重阻碍电荷提取并导致大开路电压(V超频)损耗，也会触发正向和反向J-V曲线的滞后。为了解决这个问题，我们在钙钛矿/ C上引入了具有高分子极性(CF3-PEA)的偶极层60界面以重新配置界面状态，从而改善带状排列并提高无机钙钛矿与C之间的结合强度60联系人。
Tan和他的同事引入的子电池设计最独特的特征是团队在有机和无机材料之间引入的偶极层。该层最终有助于克服与全钙钛矿串联太阳能电池中的界面转移相关的常见问题。
这种转移对细胞的稳定功能至关重要，通常受到PEA钝化剂的抑制，PEA钝化剂通常用于连接细胞中的有机和无机钙钛矿。另一方面，研究人员引入的高极性偶极子CF3-PEA层不抑制界面转移，显着改善细胞的整体PCE。
“我们是第一个在全钙钛矿串联太阳能电池中使用无机宽带隙钙钛矿子电池的研究，实现了高效率和长期稳定性，”Tan说。“这使得全钙钛矿叠层太阳能电池的商业化更有希望，这对光伏产业的可持续发展至关重要。
使用他们提出的设计策略，研究人员创建了宽带隙电池，显示出18.5%的PCE非常有前途。然后，他们使用这种宽带隙子电池开发了全钙钛矿串联太阳能电池，其PCE为25.6%。
值得注意的是，Tan和他的同事发现，在阳光下模拟操作1小时后，这些细胞保留了其初始性能的000%。因此，在未来，他们的设计可以为制造更高效，更可靠的全钙钛矿串联太阳能电池提供信息，这些电池可以在更长的时间内保持其性能和稳定性。
“无机宽带隙钙钛矿使全钙钛矿串联的工作稳定性有了显着提高;然而，要增加全钙钛矿串联器件的PCE，仍有工作要做，“Tan补充道。“要实现超过30%的PCE，将需要改进V超频将本文报道的宽带隙前亚电池从1.23 V提高到大于1.4 V，这可以通过进一步抑制本体和表面复合来获得。计算和实验的结合为未来高效钝化器的合理设计提供了一个有希望的方向。
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