在众多可再生能源技术中,铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)、有机和钙钛矿太阳能电池是技术成熟且经过现场验证的技术。[1–6] 这些技术用于各种场合,如光伏发电厂、光伏建筑一体化、室内能源、电动汽车和小型移动电源。[7–11] 自20世纪50年代初以来,c-Si一直是全球光伏产业的主流产品。[12–14] c-Si太阳能电池的核心结构是在p(或n)型硅衬底上扩散n(或p)型发射极形成的pn同质结。 [15] 在 c-Si 太阳能电池中,这种 pn 同质结至今仍在使用,并且可以通过众所周知的钝化发射极和背面电池及相关架构(例如钝化发射极局部扩散电池和钝化发射极背面全扩散电池)实现约 25% 的高功率转换效率 (PCE)。[16–18] 与 c-Si 太阳能电池不同,CIGS 太阳能电池器件基于 p 型 CIGS 和 n 型 CdS 层之间形成的 pn 异质结。[19–22]
摘要:无机选择性接触和卤化物钙钛矿 (HaPs) 之间的界面可能是使用这些材料制造稳定且可重复的太阳能电池的最大挑战。NiO x 是一种具有吸引力的空穴传输层,因为它适合 HaPs 的电子结构,而且高度稳定且可以低成本生产。此外,NiO x 可以通过可扩展且可控的物理沉积方法(如射频溅射)制造,以促进可扩展、无溶剂、真空沉积的基于 HaP 的太阳能电池 (PSC) 的探索。然而,NiO x 和 HaPs 之间的界面仍然无法得到很好的控制,这有时会导致缺乏稳定性和 V oc 损失。在这里,我们使用射频溅射来制造 NiO x,然后在不破坏真空的情况下用 Ni y N 层覆盖它。Ni y N 层在 PSC 生产过程中对 NiO x 进行双重保护。首先,Ni y N 层保护 NiO x 免受 Ar 等离子体将 Ni 3+ 物种还原为 Ni 2+ 的影响,从而保持 NiO x 的导电性。其次,它钝化了 NiO x 和 HaPs 之间的界面,保持了 PSC 的长期稳定性。这种双重效应将 PSC 效率从平均 16.5%(创纪录电池 17.4%)提高到平均 19%(创纪录电池 19.8%),并提高了器件稳定性。关键词:卤化物钙钛矿、太阳能电池、氧化镍、氮化镍、钝化、界面■简介
钝化接触迄今已取得一些成功,最有力的候选者是薄氧化硅层上的多晶硅(例如隧道氧化物钝化接触 (TOPCon) 或氧化物上的多晶硅 (POLO))和非晶硅 (a-Si) 异质结。[3,7,8] TOPCon 是一种高效的电子选择接触,但具有较高的热预算,需要大约 900°C 的温度才能将接触电阻率降低到可接受的水平。[9] 一种可以匹配或超过当前电子选择材料性能的高效空穴选择层将引起相当大的兴趣。迄今为止,使用 SiO 2 为基础的空穴选择接触未能达到同等水平。[10,11] 最有前途的空穴选择接触材料是 p 型 a-Si 和富硅 SiC,但传统的高温 Ag 丝网印刷方法不一定与此类接触兼容。[10]
在人类行为引起的气候危机的情况下,[1,2]由于基于杂种金属卤化物钙钛矿配合的太阳能设备的发展,光电场在过去几年中经历了快速行为。[3]当前,这些设备已经达到了商业硅细胞的竞争效率。[4]迄今为止,使用中孔TIO 2(M -Tio 2)作为电子传输层(ETL),通过中端架构实现了最高效的钙钛矿太阳能电池(PSC)。介孔支架与吸湿化合物(如锂盐)相掺杂,以增强其电子迁移率。[5–8]尽管Li-Greatment主要改善了钙钛矿设备的性能,因为它主要改善了细胞的开路电压和填充因子,但它也会导致太阳能设备针对环境水分的不稳定性以及其光伏参数的低可重复性。[9,10]的确,如今为PSC实际开发而要克服的一些最重要的瓶颈与记录效率无关,而与两者都没有有关:1)他们缺乏可复制的制造方法; 2)固有的低稳定性在逼真的室外条件下(水分,紫外线照明,温度等)。在第一种情况下,PSC的效率分散率在更公认的实验室中远非狭窄,因为它已经在有关该主题的参考文章中进行了彻底讨论,因为Saliba等人,[9] Jimenez-López等人,[11] Qiu等。[12]和许多其他。[19-21]在第二位,PSC对环境条件的敏感性,尤其是对钙钛矿材料的敏感性,施加了使用干燥大气盒的使用,这阻碍了这些太阳能设备的大规模生产。[13–18]在这种情况下,许多研究人员致力于寻找钝化材料,以修改不利于设备的性能但会提高其稳定性的层中层。到目前为止,用于钝化界面的材料包括2D钙钛矿,金属氧化物化合物或绝缘有机材料。这些报道的方法通常使用解决方案方法,但是,尚未探索任何可扩展到工业制造的替代真空工艺。
在人类行为引起的气候危机的情况下,[1,2]由于基于杂种金属卤化物钙钛矿配合的太阳能设备的发展,光电场在过去几年中经历了快速行为。[3]当前,这些设备已经达到了商业硅细胞的竞争效率。[4]迄今为止,使用中孔TIO 2(M -Tio 2)作为电子传输层(ETL),通过中端架构实现了最高效的钙钛矿太阳能电池(PSC)。介孔支架与吸湿化合物(如锂盐)相掺杂,以增强其电子迁移率。[5–8]尽管Li-Greatment主要改善了钙钛矿设备的性能,因为它主要改善了细胞的开路电压和填充因子,但它也会导致太阳能设备针对环境水分的不稳定性以及其光伏参数的低可重复性。[9,10]的确,如今为PSC实际开发而要克服的一些最重要的瓶颈与记录效率无关,而与两者都没有有关:1)他们缺乏可复制的制造方法; 2)固有的低稳定性在逼真的室外条件下(水分,紫外线照明,温度等)。在第一种情况下,PSC的效率分散率在更公认的实验室中远非狭窄,因为它已经在有关该主题的参考文章中进行了彻底讨论,因为Saliba等人,[9] Jimenez-López等人,[11] Qiu等。[12]和许多其他。[19-21]在第二位,PSC对环境条件的敏感性,尤其是对钙钛矿材料的敏感性,施加了使用干燥大气盒的使用,这阻碍了这些太阳能设备的大规模生产。[13–18]在这种情况下,许多研究人员致力于寻找钝化材料,以修改不利于设备的性能但会提高其稳定性的层中层。到目前为止,用于钝化界面的材料包括2D钙钛矿,金属氧化物化合物或绝缘有机材料。这些报道的方法通常使用解决方案方法,但是,尚未探索任何可扩展到工业制造的替代真空工艺。
在人类活动导致的气候危机背景下[1,2],由于基于混合金属卤化物钙钛矿材料的太阳能装置的发展,光伏领域在过去几年中取得了迅速发展。 [3] 目前,这些装置的效率已经与商业硅电池相媲美。 [4] 迄今为止,最高效的钙钛矿太阳能电池 (PSC) 是通过使用介孔 TiO 2 (m-TiO 2) 作为电子传输层 (ETL) 的介观结构实现的。介孔支架通常掺杂吸湿化合物如锂盐以增强其电子迁移率。 [5–8] 虽然锂处理提高了钙钛矿装置的性能,因为它主要提高了电池的开路电压和填充因子,但它也导致太阳能装置对环境湿度的不稳定性更大,以及其光伏参数的低可重复性。 [9,10] 事实上,目前 PSC 实际应用面临的一些最重要瓶颈与创纪录的效率无关,而是与以下两个方面有关:1) 缺乏可重复的制造方法;2) 在实际室外条件下(湿度、紫外线照射、温度等)固有的低稳定性。在第一种情况下,PSC 的效率分散性在更受认可的实验室中并不狭窄,正如 Saliba 等人 [9] Jimenez-López 等人 [11] Qiu 等人 [12] 等许多学者在该主题的参考文章中对此进行了彻底讨论。其次,PSC 对环境条件的敏感性,尤其是钙钛矿材料,要求使用干气氛手套箱,这阻碍了这些太阳能装置的大规模生产。 [13–18] 在此背景下,许多研究人员致力于寻找钝化材料来修改中间层,这些材料不会损害器件的性能,但可以提高器件的稳定性。到目前为止,用于钝化界面的材料包括二维钙钛矿、金属氧化物化合物或绝缘有机材料。这些报道的方法通常使用溶液法,然而,尚未探索可扩展到工业制造的替代真空工艺。[19–21]
Sintavia 目前正在与 KBM 合作测试钝化粉末冷凝液的替代方案,以便能够重新使用和/或回收金属粉末。这些替代方案之一是将粉末冷凝液与 KBM 确定和供应的树脂混合。这种混合物将钝化冷凝液,使其能够在没有任何危险风险的情况下运输,此时 KBM 将能够将树脂与金属粉末分离,回收金属以供将来使用。
摘要:在 Ag/AlO x 堆栈上生长了 550 nm 的超薄 Cu(In,Ga)Se 2 (CIGS) 吸收层。堆栈的添加使太阳能电池的填充因子、开路电压和短路电流密度得到改善。效率从 7% 提高到近 12%。光致发光 (PL) 和时间分辨 PL 得到改善,这归因于 AlO x 的钝化特性。由于光散射和表面粗糙度增加,测量到的电流增加了近 2 mA/cm 2。利用飞行时间-二次离子质谱法测量了元素分布。发现 Ag 贯穿整个 CIGS 层。Mo 背面的二次电子显微镜图像显示了 Ag/AlO x 堆栈的残留物,这通过能量色散 X 射线光谱测量得到了证实。这被认为是导致表面粗糙度和散射特性增加的原因。在正面,可以看到带有 Ag/AlO x 背接触的电池有大片污渍。因此,在裸露的吸收层上应用了氨硫化物蚀刻步骤,将效率进一步提高到 11.7%。它显示了在背面使用 Ag/AlO x 堆栈来改善超薄 CIGS 太阳能电池的电气和光学特性的潜力。
钙钛矿表面很少是化学计量的,通常是排便的。3个钙钛矿表面的缺陷可能会引起显着的非放射电荷重组,并使太阳能电池性能恶化。3 - 7尤其是在最新的太阳能电池中,与散装或晶界相比,钙钛矿和电荷传输层之间的界面的非放射性重组是主要的。4因此,界面缺陷的钝化对于实现高效率PSC是关键。为此,已经报道了许多钝化方法,例如,通过添加小分子,聚合物和无机化合物的层间或掺入宽频段间隙2D perovskites。8 - 11尽管对太阳能电池效率有所改善,但仍然关注这些方法的可观性。最近,宽频段氧化物的原子层沉积(ALD)(例如al 2 o 3)已成为一种有前途的钝化钙钛矿表面的有希望的策略。12 ALD是一种可伸缩的蒸气 - 相薄 - LM沉积技术,它依赖于序列的交替自限制表面反应,它以在具有原子厚度和 lm厚度控制的表面上产生高度均匀的连形薄lms而闻名。