钙钛矿太阳能电池的开路电压Voc损耗研究:从理论到应用

更新时间:2024-05-23      点击次数:142

近年来,钙钛矿太阳能电池在效率上取得了惊人的进步,但开路电压Voc的提升却远远落后于短路电流密度Jsc的提升。这成为了阻碍钙钛矿太阳能电池效率进一步突破的关键瓶颈。本文将回顾近年来关于钙钛矿太阳能电池Voc损耗的研究进展,并探讨其未来发展方向。

理想的太阳能电池仅通过辐射复合途径转换能量,但实际上,各种非辐射复合途径会导致额外的电压损失,即Voc损耗。非辐射复合包括界面复合和缺陷复合,这些因素会造成光生载流子在到达电极之前发生能量损失。


研究进展回顾

理论模型的建立: 2018年,Nam-Gyu Park Hiroshi Sekawa ACS Photonics 上发表文章,指出钙钛矿太阳能电池的Voc仅达到理论极限的77%,并强调了降低Voc损耗的重要性。他们呼吁建立完善的理论模型和测量工具来分析Voc损耗机制。

定量分析的突破: 2019年,Nature Photonics 发表了23.2%效率的钙钛矿太阳能电池,其研究团队利用Enlitech ELCT3011 REPS 系统定量分析了Voc的非辐射复合损耗,并验证了钝化层对提高Voc和效率的贡献。

高效率电池的实现: 2020年,韩国蔚山科技大学 (UNIST) Science 杂志上发表了24.8%效率的钙钛矿太阳能电池,实现了0.3V的低电压损失。该研究同样利用Enlitech ELCT3010 (现为Enlitech REPS) Voc损耗特性进行分析。

界面材料的优化: 2022年,香港城市大学朱宗龙教授团队在 Science 杂志上发表研究成果,利用二茂铁基双噻吩-2-羧酸酯 (FcTc2) 作为功能化界面层,有效减少了钙钛矿太阳能电池界面的非辐射复合,提升了Voc和效率。

研究方向展望

未来,钙钛矿太阳能电池的Voc损耗研究主要集中在以下几个方面:

精确测量: 开发能够精确测量Voc损耗的工具,例如Enlitech REPS系统,为研究人员提供更准确的数据。

深入分析: 通过理论模型和实验数据分析,揭示Voc损耗的具体机制,以便针对性地解决问题。

界面工程: 设计和优化界面材料,降低界面处的非辐射复合,提升能量转换效率。

材料缺陷控制: 控制材料的缺陷密度,减少缺陷导致的非辐射复合,提高材料的稳定性和耐久性。


总结

降低Voc损耗是提高钙钛矿太阳能电池效率的关键。通过精确的测量、深入的分析和合理的材料设计,可以有效降低Voc损耗,实现更高效率的钙钛矿太阳能电池,推动钙钛矿太阳能电池技术的发展


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