2023 Joule(IF:46.048):埃爾朗根-紐倫堡大學Tian Du&Christoph J. Brabecn與Tian Du團隊實現空穴傳輸雙層的印刷碳電極鈣鈦礦太陽能電池效率19.2%

最近，由埃爾朗根-紐倫堡大學著名學者Tian Du&Christoph J. Brabecn與Tian Du所領導的研究團隊于Joule刊發的「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能電池中傳統金屬電極的低成本高效替代方案的潛力。

商業化鈣鈦礦光伏技術的挑戰

鈣鈦礦光伏技術的商業化一直面臨挑戰，原因是熱蒸發貴金屬成本高昂，目前占整個設備成本的70%以上。因此，尋找一種低成本、可列印的背電極材料對于使鈣鈦礦太陽能電池具有商業可行性至關重要。

碳黑由于其地球蘊藏豐富、低成本和結構和化學穩定性而成為一個有前途的候選材料。碳電極的制造過程與已建立的印刷技術相容，使其適合擴大生產。此外，碳電極可以解決與金屬電極例如金屬在界面上的擴散或金屬被鹵化物腐蝕等相關的不穩定性問題。

載流子傳輸層（HTLs）的作用

通過調節載流子傳輸層（HTLs），可以顯著提高鈣鈦礦太陽能電池的性能。然而HTLs的設計規則因器件結構、電極材料和HTL厚度而異，舉例來說對HTL的摻雜就于對于實現低電阻載流子傳輸和與金屬電極形成準歐姆接觸相當重要。

另一方面，較淺的HOMO（最高占據分子軌域）能級可以減小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），因為準費米能階固定。

解決方案：載流子傳輸雙層（HTbL）結構

在他們的研究中，研究人員提出了一種連續的刮刀涂布策略，以在鈣鈦礦層和碳電極之間沉積兩種有機半導體，形成載流子傳輸雙層（HTbL）結構。該結構在界面處形成能量層級，外層HTL加強了與碳電極的歐姆接觸，而內層HTL降低了鈣鈦礦的表面復合。這種創新方法實現了穩定的19.2%高轉換效率。

鈣鈦礦太陽能電池的未來

這項研究凸顯了環境可列印的鈣鈦礦太陽能電池的潛力，可以轉移到連續卷對卷生產中。這些碳電極鈣鈦礦太陽能電池的轉換效率接近旋轉涂覆活性層的技術水平，這是太陽能光伏技術商業化的一個重大步驟。

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

該研究團隊中使用的關鍵工具是來自Enlitech的QE-R量子效率測量系統。 Enlitech的QE-R具有以下幾個優勢，對團隊的研究起到了關鍵作用：

1. 可靠性和信譽：Enlitech是獲得ISO 17025量子效率校準和測試認證的量子效率系統制造商。 QE-R系統被提及在超過1000篇SCI期刊論文中，這顯示了科學界對該系統的廣泛接受和信任。

2. 精巧而靈活：QE-R系統將所有光學和機械組件集成在一個緊湊的主體內，節省了實驗室空間，同時保持了對各種類型太陽能電池測試夾具的靈活性。

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

   
   

團隊使用Enlitech的QE-R系統凸顯了可靠而準確的工具在科學研究中的重要性。該系統能夠快速而準確地提供量子效率、EQE、IPCE、IQE和光譜響應數據，在團隊探索和優化可列印碳電極鈣鈦礦太陽能電池方面起到了至關重要的作用。

這項研究的成功不僅突顯了鈣鈦礦太陽能電池的潛力，也證實了像Enlitech QE-R系統這樣的高精密度精準效率量測工具在推動太陽能技術界限突破上之重要性。