下一代钙钛矿太阳能电池可吸收现有可见光范围以外的近红外光

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现有的钙钛矿太阳能电池无法利用约 52% 的总太阳能，韩国研究团队对此进行了改进。该团队开发出一种创新技术，可最大限度地提高近红外光捕获性能，同时大幅提高功率转换效率。这大大增加了下一代太阳能电池商业化的可能性，预计将为全球太阳能电池市场的重要技术进步做出贡献。
韩国科学技术研究院电气工程学院教授 Jung-Yong Lee 和延世大学化学系教授 Woojae Kim 的研究团队于 10 月 31 日宣布，他们开发出了一种高效、高稳定性的有机-无机杂化太阳能电池生产技术，该技术可以最大限度地提高现有可见光范围之外的近红外光捕获率。他们的研究成果发表在《先进材料》杂志上。
研究团队提出并推进了一种混合有机光半导体的下一代器件结构，以补充仅限于可见光吸收的钙钛矿材料，并将吸收范围扩大到近红外。
此外，研究人员还研究了结构中主要出现的电子结构问题，并公布了一种高性能太阳能电池装置，通过引入偶极子层彻底解决了这一问题。
现有的铅基钙钛矿太阳能电池存在一个问题，即它们的吸收光谱仅限于波长为 850 纳米 (nm) 或更短的可见光区域，这使得它们无法利用大约 52% 的总太阳能。
为了解决这个问题，研究团队设计了一种将有机体异质结（BHJ）与钙钛矿相结合的混合装置，并实现了可吸收近红外区域光线的太阳能电池。
具体来说，通过引入亚纳米偶极界面层，他们成功缓解了钙钛矿与有机体异质结（BHJ）之间的能量势垒，抑制了电荷积累，最大化了对近红外的贡献，并将电流密度（JSC）提高到4.9 mA/cm 2。
这项研究的关键成果是混合器件的能量转换效率（PCE）从20.4%大幅提升至24.0%。尤其是这项研究实现了比以往研究更高的内部量子效率（IQE），在近红外区域达到了78%。
此外，该装置还表现出了很高的稳定性，即使在极端湿度条件下，在800多小时的最大输出跟踪中仍能维持初始效率80%以上的优异成绩。
李教授表示：“通过这项研究，我们有效地解决了现有钙钛矿/有机杂化太阳能电池面临的电荷积累和能带失配问题，将能够显著提高光电转换效率，同时最大限度地发挥近红外光捕获性能，这将是一个可解决现有钙钛矿机械化学稳定性问题并克服光学限制的新突破。”