基于带隙调制的半透明全无机钙钛矿太阳能电池研究

Perovskite-based tandem solar cells，which are regarded as one of the photovoltaic technologies beyond silicon solar cells, have the potential to achieve 30% conversion efficiency. In recent years, although significant progress has been made in the improvement of the efficiency for perovskite based tandem solar cells, there still exist a lot of key scientific and technological problems. Because of the good stability, this project will study the band gap engineering and semi-transparent device fabrication based on CsPbBr3, to solve the problems encountered in the application of inorganic perovskites to tandem solar cells. Firstly, the bandgap reduction will be realized by studying the multi-element bandgap engineering technique for CsPbBr3 inorganic perovskite, to obtain a stable inorganic perovskite with a 1.75eV bandgap. Secondly, Magnesium-doped inorganic electron / hole transport layers will be used to study the band alignment of the obtained inorganic perovskite, the integrated process for the semi-transparent devices will also be studied. This project will provide a reliable experimental method and theoretical basis not only for the bandgap modulation of inorganic perovskites, but also for the semi-transparent device fabrication, and promote the application of inorganic perovskites in high-efficiency and high stable perovskite tandem solar cells.

以钙钛矿为基础的叠层太阳能电池具有实现30%转化效率的巨大潜力，是“后硅时代”的光伏电池技术。近年来，国内外对钙钛矿叠层电池的研究取得了一定的进展，但仍存在一系列的关键科学技术问题没有得到解决，制约了钙钛矿叠层电池的应用。本项目以稳定的无机钙钛矿为基础，研究无机钙钛矿的带隙调制和半透明器件的工艺集成，解决无机钙钛矿应用到叠层太阳能电池中遇到的难题。.首先，研究多元素参与的无机钙钛矿（CsPbBr3）的复合带隙调制技术，揭示复合带隙调制对材料稳定性的影响机理，获得稳定的、1.75eV光学带隙的无机钙钛矿；其次，通过基于镁掺杂的无机电子/空穴传输层，研究全无机钙钛矿太阳能电池中的能带匹配和半透明器件的集成工艺，提升器件性能。本项目的研究将能够为无机钙钛矿的带隙调制和半透明全无机钙钛矿太阳能电池的制备提供可靠的实验方法及理论基础，促进无机钙钛矿在高效率、高稳定的叠层太阳能电池中的应用

以钙钛矿为基础的叠层太阳能电池具有实现30%转化效率的巨大潜力，是“后硅时代”的光伏电池技术。近年来，国内外对钙钛矿叠层电池的研究取得了一定的进展，但仍存在一系列的关键科学技术问题没有得到解决，制约了钙钛矿叠层电池的应用。本项目以稳定的无机钙钛矿为基础，重点研究无机钙钛矿的带隙调制和半透明器件，解决无机钙钛矿应用到叠层太阳能电池中遇到的难题。.首先，我们通过混合卤素策略，HPbI3前驱体策略和Sn掺杂策略，获得了一系列晶相稳定的无机钙钛矿，带隙覆盖1.64-2.38eV。 1）通过混合卤素策略能获得了带隙分别为2.38eV、1.92eV和1.75eV的无机钙钛矿；2）我们采用HPbI3前驱体策略，实现了一系列可变带隙（1.69-1.82eV）的无机钙钛矿CsPbI3-xBrx，满足与不同底电池的带隙匹配；3）在1.92eV带隙CsPbI2Br基础上，利用Sn掺杂，可将带隙进一步降低到1.4eV。.其次，针对不同带隙的无机钙钛矿，研究相应的工艺制备和器件结构，获得高效率无机钙钛矿太阳电池。其中采用的研究方法包括：异质结活性层结构、双电子传输层、界面钝化生长层、体和表面钝化、光照离子迁移、深能级缺陷自修复等。特别地，研究发现带隙介于1.69-1.82eV的CsPbI3-xBrx的深能级缺陷在低湿度环境下能自我修复，采用优化后结构的器件的转化效率高达18.3%-19.6%，达国内外先进水平。对2.38eV的宽带隙无机钙钛矿CsPbBr3，提出异质结活性层结构，实现了开路电压高达1.75V的电池技术。基于该技术的器件还具有发光和光探测等多重功能。.最后，研究半透明太阳电池的器件技术，优化透明电极工艺，初步获得了转化效率高达18.1%的半透明钙钛矿太阳电池，为应用于高效率叠层太阳电池奠定了研究基础。.本项目的研究为无机钙钛矿的带隙调制和半透明全无机钙钛矿太阳能电池的制备提供可靠的实验方法及理论基础，促进无机钙钛矿在高效率、高稳定的叠层太阳能电池中的应用，促进高效光伏太阳电池的应用和推广具有重要意义。