2023 Joule(IF:46.048):埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)Tian Du&Christoph J. Brabecn與Tian Du團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)空穴傳輸雙層的印刷碳電極鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率19.2%

最近，由埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)著名學(xué)者Tian Du&Christoph J. Brabecn與Tian Du所領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)于Joule刊發(fā)的「Efficient, stable, and fully printed carbon-electrode perovskite solar cells enabled by hole-transporting bilayers」一文取得重大突破，展示了可列印碳電極作為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中傳統(tǒng)金屬電極的低成本高效替代方案的潛力。

商業(yè)化鈣鈦礦光伏技術(shù)的挑戰(zhàn)

鈣鈦礦光伏技術(shù)的商業(yè)化一直面臨挑戰(zhàn)，原因是熱蒸發(fā)貴金屬成本高昂，目前占整個(gè)設(shè)備成本的70%以上。因此，尋找一種低成本、可列印的背電極材料對(duì)于使鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有商業(yè)可行性至關(guān)重要。

碳黑由于其地球蘊(yùn)藏豐富、低成本和結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性而成為一個(gè)有前途的候選材料。碳電極的制造過程與已建立的印刷技術(shù)相容，使其適合擴(kuò)大生產(chǎn)。此外，碳電極可以解決與金屬電極例如金屬在界面上的擴(kuò)散或金屬被鹵化物腐蝕等相關(guān)的不穩(wěn)定性問題。

載流子傳輸層（HTLs）的作用

通過調(diào)節(jié)載流子傳輸層（HTLs），可以顯著提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能。然而HTLs的設(shè)計(jì)規(guī)則因器件結(jié)構(gòu)、電極材料和HTL厚度而異，舉例來說對(duì)HTL的摻雜就于對(duì)于實(shí)現(xiàn)低電阻載流子傳輸和與金屬電極形成準(zhǔn)歐姆接觸相當(dāng)重要。

另一方面，較淺的HOMO（最高占據(jù)分子軌域）能級(jí)可以減小HTL與電極之間的載流子注入能障，但也可能限制所獲得的開路電壓（VOC），因?yàn)闇?zhǔn)費(fèi)米能階固定。

解決方案：載流子傳輸雙層（HTbL）結(jié)構(gòu)

在他們的研究中，研究人員提出了一種連續(xù)的刮刀涂布策略，以在鈣鈦礦層和碳電極之間沉積兩種有機(jī)半導(dǎo)體，形成載流子傳輸雙層（HTbL）結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在界面處形成能量層級(jí)，外層HTL加強(qiáng)了與碳電極的歐姆接觸，而內(nèi)層HTL降低了鈣鈦礦的表面復(fù)合。這種創(chuàng)新方法實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的19.2%高轉(zhuǎn)換效率。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的未來

這項(xiàng)研究凸顯了環(huán)境可列印的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的潛力，可以轉(zhuǎn)移到連續(xù)卷對(duì)卷生產(chǎn)中。這些碳電極鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率接近旋轉(zhuǎn)涂覆活性層的技術(shù)水平，這是太陽(yáng)能光伏技術(shù)商業(yè)化的一個(gè)重大步驟。

可列印碳電極鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開發(fā)證創(chuàng)新，可不斷突破可能性的界限，讓太陽(yáng)能的未來看起來比以往更加有希望。

該研究團(tuán)隊(duì)中使用的關(guān)鍵工具是來自Enlitech的QE-R量子效率測(cè)量系統(tǒng)。 Enlitech的QE-R具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，對(duì)團(tuán)隊(duì)的研究起到了關(guān)鍵作用：

1. 可靠性和信譽(yù)：Enlitech是獲得ISO 17025量子效率校準(zhǔn)和測(cè)試認(rèn)證的量子效率系統(tǒng)制造商。 QE-R系統(tǒng)被提及在超過1000篇SCI期刊論文中，這顯示了科學(xué)界對(duì)該系統(tǒng)的廣泛接受和信任。

2. 精巧而靈活：QE-R系統(tǒng)將所有光學(xué)和機(jī)械組件集成在一個(gè)緊湊的主體內(nèi)，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)室空間，同時(shí)保持了對(duì)各種類型太陽(yáng)能電池測(cè)試夾具的靈活性。

3. 完整的手套箱集成：QE-R系統(tǒng)提供簡(jiǎn)單完整的手套箱集成解決方案。這一功能對(duì)于像鈣鈦礦這樣的敏感材料特別有益，這需要在受控環(huán)境下進(jìn)行準(zhǔn)確的特性表征。

   
   

團(tuán)隊(duì)使用Enlitech的QE-R系統(tǒng)凸顯了可靠而準(zhǔn)確的工具在科學(xué)研究中的重要性。該系統(tǒng)能夠快速而準(zhǔn)確地提供量子效率、EQE、IPCE、IQE和光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)，在團(tuán)隊(duì)探索和優(yōu)化可列印碳電極鈣鈦礦太陽(yáng)能電池方面起到了至關(guān)重要的作用。

這項(xiàng)研究的成功不僅突顯了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的潛力，也證實(shí)了像Enlitech QE-R系統(tǒng)這樣的高精密度精準(zhǔn)效率量測(cè)工具在推動(dòng)太陽(yáng)能技術(shù)界限突破上之重要性。