我院新能源材料团队在光伏胶膜与太阳能电池领域的研究取得新进展

我院新能源材料团队在光伏胶膜与太阳能电池领域的研究取得新进展

光伏是中国制造的名片，对于推进“双碳”目标的完成发挥着重大作用。近年来，得益于提效降本新技术的应用，光伏行业在取消补贴的大背景下仍在飞速发展。事实上，高的光子利用率、低的缺陷浓度与载流子复合是实现高效晶硅电池的关键。然而，硅材料的间接窄带隙特性使得晶硅电池对高能（紫外与蓝光）光子的能量利用率较低，从而导致器件内部严重的复合损耗和热散失，这种能量损失是晶硅电池极限效率的主要限制因素。另外，紫外高能光子也将加重硼氧缺陷诱导的载流子复合。研究结果表明，晶硅电池对500 nm到950 nm波长的低能量光子具有很高的响应度。因此，通过引入合适的下转化材料，将紫外与蓝光光子转换为相对低能量的光子有利于进一步提升晶硅电池光伏性能。

我院新能源材料团队开发了一种ZnO包覆的CsPbBr₃-Cs₄PbBr₆量子点/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）复合下转换薄膜，可提升晶硅太阳能电池的绝对效率值达1.18%。相关研究结果近期发表在Solar RRL期刊上（IF=9.173，JCR1区，中科院1区top期刊），论文题为“Performance Enhancement of Crystal Silicon Solar Cell by a CsPbBr₃-Cs₄PbBr₆ Perovskite Quantum Dot @ZnO/ Ethylene Vinyl Acetate Copolymer Downshifting Composite Film”（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.202200336）。宋健老师为论文第一作者，黄胜老师和陕西师范大学高黎黎老师为论文通讯作者。

论文系统分析了四庚基溴化铵和二乙基锌对钙钛矿量子点溶液组成、分散性和发光性能的影响，通过吸附能计算明确了添加剂对溶液分散性的影响机理。此外，ZnO在量子点表面的原位包覆可以显著抑制Cs和Pb的泄漏，有助于该复合光伏胶膜的商业应用。同时，本研究通过理论计算揭示了下转化薄膜增强晶硅电池性能的内在机制，即转光薄膜可有效降低了晶硅电池载流子弛豫能量损失。

团队进一步以ZnO包覆的钙钛矿量子点/EVA复合薄膜为光伏胶膜，按照晶硅电池层压封装工艺标准，完成了晶硅电池器件封装。实验结果表明，量子点/EVA复合光伏胶膜的性能要明显优于传统EVA光伏胶膜。本论文提出的复合光伏胶膜仍以EVA为主体，能兼容当前晶硅组件产线，具有很好的应用潜力。

我院新能源材料团队长期致力于光伏材料及器件研究，近期在钙钛矿太阳能电池领域也取得了一定进展。我们提出了一种新型含同质结空穴传输薄膜，揭示了双层薄膜内建电场对钙钛矿电池界面载流子输运的影响机制，相关研究结果发表在ChemSusChem（IF=9.14，JCR1区，中科院1区top期刊）上，题为“A p-p⁺ Homojunction-Enhanced Hole Transfer in Inverted Planar Perovskite Solar Cells”（ChemSusChem, 2021, 14, 1396. https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.202100083），宋健老师为论文第一作者，强颖怀教授和南开大学李国然教授为论文通讯作者。围绕同质结空穴传输薄膜，我们进一步研究了薄膜内有效场和内建电场等场效应作用，通过材料设计与理论计算，构建了有效场和内建电场协同促进钙钛矿电池界面载流子输运的空穴传输薄膜。相关研究结果发表在Advanced Materials Interfaces（IF=6.389，中科院2区期刊）上，题为“Field-Effect Control in Hole Transport Layer Composed of Li:NiO/NiO for Highly Efficient Inverted Planar Perovskite Solar Cells”（Adv. Mater. Interfaces, 2022, 9, 2101562. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.202101562），硕士研究生赵亮为论文第一作者，宋健老师为论文通讯作者。