适用于钙钛矿@CIGS叠层太阳电池的全印刷高效稳定钙钛矿电池
批准号:
U20A20245
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
260.0 万元
负责人:
龙飞
依托单位:
学科分类:
无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
龙飞
中文摘要
钙钛矿太阳电池已实现了高转换效率,但与光伏行业对其更高的期待仍有差距。低成本制备高效率(>28%)叠层电池是快速实现钙钛矿太阳电池应用的可行途径。印刷制备技术对叠层太阳电池有很好的工艺适应性,但复杂的底电池表面结构使得相关基础研究工作需要进一步加强;此外,进一步提升钙钛矿太阳电池在使役条件下的稳定性仍然是非常现实的需求。因此,本项目以CIGS薄膜太阳电池为底电池,采用印刷工艺在CIGS表面制备钙钛矿顶电池,针对印刷制备钙钛矿电池过程中的薄膜生长机理、基板性质和表面结构特征对印刷过程中钙钛矿成膜质量的影响,以及薄膜物化性质和显微结构特征对其理化稳定性的影响等问题开展研究;尝试建立印刷工艺下,钙钛矿成膜过程中的多尺度孔道演化机理;探明钙钛矿自身物化性质以及器件钝化结构对电池稳定性的影响机制;在此基础上,优化叠层电池多界面载流子迁移效率,获得高转换效率的钙钛矿/CIGS叠层太阳电池。
英文摘要
Photovoltaic industry generated a not-realized expected power conversion efficiency(PCE) about perovskite solar cells(PSCs) although PCE of PSCs soared quickly. Fabricating high efficiency(>28%) tandem solar cells with low costs can satisfy the needs of PV industry. Printing PSCs are promising candidates for tandem solar cells, however, fundamental researches are highly demanded as printing PSCs layers deposition mechanisms directly on complicated surface morphologies is still unclear. On besides achieving high PCE, it is also important to improve PSCs stability under working conditions for future applications . In this project, we are therefore going to directly printing PSCs on CIGS solar cells. We will investigate influences of printing thin films forming mechanisms, substrates and their surface morphologies on performances of printed perovskite films. Effects of perovskite thin films’ physical and chemical properties and microstructures on both physical and chemical stability of perovskite films will be also studied. Evolving mechanisms of pores with varied sized while forming perovskite thin films under printing conditions will be clarified. Explore the basic properties of perovskite layers and various device passivation strategies influences on the stability. Based on these fundamental researches, we are aiming for high efficiency and stable perovskite /CIGS tandems cells after optimizing the electrons transporting efficiency at multiple-interfaces in tandem devices.
两端(2-T)钙钛矿(PVK)/铜铟镓硒(CIGS)叠层太阳电池(TSCs)具有最佳的能带匹配,是理想的叠层电池组合。但CIGS不规则的表面形貌、PVK和CIGS之间的电流失配、两个子电池间的界面复合等问题制约了2-T PVK/CIGS叠层太阳电池优势的发挥,其转换效率低于PVK/Si电池。本项目研究了PVK的高质量制备工艺和生长机理、界面钝化对效率和稳定性的影响、顶/底子电池间连接层的合理设计和实现等工作,实现在CIGS电池表面构建带隙匹配良好、高效和长期稳定的2-T PVK/CIGS叠层太阳电池。.项目研究了印刷制备钙钛矿电池(PSCs)的制备工艺、生长机理以及基板特征对成膜性能的影响,解决了“咖啡环效应”;通过研究PVK薄膜的物化特性,探明PVK薄膜的演化机理及器件钝化对电池效率提升与稳定性的相关性,证明了PVK纳米晶体阵列(PCA)种子层可以提高PVK薄膜结晶性,进而提高PSCs效率及稳定性。开展了界面钝化的研究,1)采用SnO2:PAM对电子传输层(ETL)界面或EPB及ASU对空穴传输层(HTL)界面进行钝化,提高了PSCs的效率和稳定性;2)使用CBN协同钝化PSCs的ETL和HTL界面,显著提升了载流子的提取效率、PSCs的效率和稳定性;3)在HTL界面50nm深的PVK薄膜中构建耗尽区,显著抑制了碘离子的不可逆迁移,提高了PSCs的稳定性;4)设计开发了用于ETL界面钝化的新型IT-Cl有机分子,在PVK/SnO2界面自发形成均匀钝化网络,减小了界面的缺陷,显著提高了PSCs的稳定性。设计开发了用于反式PSCs的自组装小分子层DC-TMPS空穴传输材料,明确了在商用ITO衬底上采用ALD沉积的ITO薄层可提供足够的OH锚定位点以供DC-TMPS形成稳定的HTL,保证了长期运行稳定性。研究了不同Cu/(In+Ga)比和Ga/(In+Ga)比对CIGS微观结构的影响,调控了CIGS带隙,解决了PVK与CIGS间的电流失配的问题。在此基础上,我们将D-HLH应用到粗糙CIGS表面以改善PVK顶电池的覆盖率,并通过调节PVK晶体的生长来钝化体缺陷;同时,使用2-TEAI和DMF辅助的表面重构钝化位于表面和晶界处的缺陷位点。在PVK/CIGS叠层电池实现了超过24.6%(0.16 cm2)的转换效率,这是当前2-T PVK/CIGS TSCs最高效率之一。
CIGS薄膜太阳电池本征薄膜异质结器件设计与关键问题
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批准号:51972071
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2019
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负责人:龙飞
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依托单位:
制备重掺p+层建立CIGS薄膜太阳电池背场结构和模组隧道结及其对载流子传输的影响
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批准号:51672052
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2016
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负责人:龙飞
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依托单位:
CZTS的界面分相行为、钝化机制及其对器件光伏性能的影响
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批准号:51372044
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2013
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负责人:龙飞
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依托单位:
择优取向CIGS薄膜的晶界性质及其对组件光伏性能的影响
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批准号:51162005
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:50.0万元
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批准年份:2011
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负责人:龙飞
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依托单位:
CIGS薄膜太阳能电池缓冲层界面有序缺陷化合物的形成及对光伏性能的影响
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批准号:50902024
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2009
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负责人:龙飞
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依托单位:
国内基金
海外基金