金属所等《AFM》：19%！实现这类钙钛矿太阳能电池最高效率

开发清洁、可持续的能源以满足日益增长的能源需求和减少二氧化碳排放是全球面临的最紧迫的挑战之一。使用光伏(PV)太阳能电池直接从太阳获取能量是一种理想的解决方案。到目前为止，钙钛矿型太阳能电池(PSC)在过去十年中取得了前所未有的进步，经认证的功率转换效率(PCE)高达25.5%，这代表着未来光伏器件的一个有前途的方案。金属卤化物钙钛矿材料具有带隙可调、吸收系数高、载流子迁移率高、电荷扩散长度长等一系列突出特点，加上材料成本低廉、制备工艺简单，因此PSCs得到快速发展。然而，窗口电极的环境稳定性差和制造成本高是阻碍其商业化的瓶颈。

 

来自英国萨里大学、中科院金属所等单位的研究人员，介绍了一种解决这些瓶颈的策略，通过一种简单的转移技术用单壁碳纳米管(SWCNTs)薄膜取代昂贵的铟锡氧化物(ITO)窗口电极，这种薄膜由富含地球的元素组成，具有优异的化学和环境稳定性。得到的器件在刚性衬底上的PCE为19%，这是迄今为止报道的不含ITO的PSC的最高值。

 

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202104396

单壁碳纳米管的简易方法还可以应用于柔性PSC(f-PSC)，由于单壁碳纳米管具有优异的机械性能，提供了约18%的PCE值，与基于ITO基的同类产品相比具有卓越的机械稳健性。基于单壁碳纳米管的PSCs在大面积(本工作中为1cm²有效面积)上也表现出令人满意的性能。此外，这些基于单壁碳纳米管的PSC在暴露在空气中超过700h后可以保持原始PCE的80%以上，而基于ITO的器件仅保持初始PCE的60%。这项工作为加快无ITO PSCs的商业化进程、降低材料成本和延长使用寿命铺平了一条充满希望的道路。

总之，本文已经通过简单的干转移技术在刚性和柔性基板上制备了高效的无 ITO PSC，其中小束 SWCNT 薄膜作为窗口电极。PSC 显示出改善的环境稳定性和机械强度。基于大面积 SWCNT 的 PSC 也展示了可观的器件性能。更重要的是, SWCNT薄膜的使用大大降低了窗口电极的材料成本并简化了制造程序。未来在高度透明和导电的 SWCNT 薄膜的可扩展制备方面的工作将进一步验证它们作为传统 TCO 基材料的有前途的替代品，从而用于一系列光伏和光电应用。（文：SSC）

 

图1.a)部分覆盖萨里大学徽标的玻璃(左)和笔基板(右)上的单壁碳纳米管胶片和转印单壁碳纳米管的干法转移过程。

图2.a)原始SWCNT/p-PVK、HNO₃掺杂SWCNT/p-PVK和HNO₃掺杂SWCNT/Cu：NiO_X/p-PVK的光致发光光谱。

图 3. a) 基于 SWCNT 的 PSC 示意图。b) 基于SWCNT 的 PSC 的横截面 SEM 图像（比例尺 = 100 nm）。

 

图4.a)基于SWCNT的champion f-PSC的J-V曲线。b)ITO基和SWCNT基f-PSCs(未封装)在25°C、相对湿度为35%±5%的空气中的环境稳定性跟踪。