南大譚海仁AEM：破局建筑光伏！F - P共振賦能的高效顏色可調(diào)雙面鈣鈦礦電池

主要內(nèi)容

南京大學(xué)譚海仁教授、林仁興教授和周林教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展研究。他們發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）憑借**的弱光響應(yīng)性能以及可調(diào)帶隙特性，在建筑一體化光伏（BIPV）領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，基于鈣鈦礦的建筑一體化光伏（BIPV）仍面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn)，核心矛盾在于通過(guò)帶隙工程實(shí)現(xiàn)顏色可調(diào)性的同時(shí)，難以保持高光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），并且還要確保電池具備足夠的運(yùn)行穩(wěn)定性。

為解決這些問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)依據(jù)法布里 - 珀羅（F - P）共振原理，在損耗較高的SnO?/氧化銦鋅（IZO）界面引入低損耗超薄金屬（LLUM）層。這一創(chuàng)新舉措顯著增強(qiáng)了雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（BPSCs）背面的顏色鮮艷度，使得帶隙為1.52 eV的雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了sRGB色域60%的覆蓋率。

此外，團(tuán)隊(duì)向電池中加入4 - 甲基苯乙基氯化銨（4M - P），并采用原位基底加熱結(jié)晶策略。這一系列操作有效延長(zhǎng)了載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，使得基于低損耗超薄金屬層的雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在900 nm厚的吸收層下，正面光照時(shí)的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.7%。在反射率為0.1和0.2太陽(yáng)光照強(qiáng)度的反照條件下，雙面光電轉(zhuǎn)換效率分別提升至24.9%和27.4%。

為進(jìn)一步提升電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，團(tuán)隊(duì)用氧化銦鋅電極替代金屬電極，有效抑制了金屬離子擴(kuò)散。經(jīng)過(guò)測(cè)試，雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件在85 °C下進(jìn)行1000小時(shí)熱老化后，仍能保持初始效率的87%。

這些研究成果充分表明，基于低損耗超薄金屬層的雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在高效、顏色可調(diào)且穩(wěn)定的建筑一體化光伏領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。總之，團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出了專為美觀型建筑一體化光伏（BIPV）設(shè)計(jì)的高效、顏色可調(diào)的雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（BPSCs）。通過(guò)利用法布里 - 珀羅（F - P）共振原理引入低損耗超薄金屬（LLUM）層，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池背面光學(xué)響應(yīng)的有效調(diào)控，使色域可調(diào)范圍達(dá)到sRGB空間的60%。同時(shí)，加入4 - 甲基苯乙基氯化銨（4M - P）并采用原位基底加熱的方法，增強(qiáng)了體鈍化效果和載流子傳輸能力，制備出了高質(zhì)量的900 nm厚鈣鈦礦薄膜，提高了雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光吸收能力。低損耗超薄金屬層還進(jìn)一步提升了電池的電導(dǎo)率。這項(xiàng)工作為將高性能、外觀多樣且熱穩(wěn)定性良好的雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池集成到下一代建筑一體化光伏系統(tǒng)中提供了一條**前景的途徑。

文獻(xiàn)信息

High-Efficiency Fabry-Pérot-Resonance-Based Color-Tunable Bifacial Perovskite Solar Cells for Building Integrated Photovoltaics

Wennan Ou, Jie Liang, Jinyan Guo, Guihao Wang, Yuxuan Liu, Yinke Wang, Yuan Gao, Jie Wen, Zhi Li, Jiajia Hong, Yijia Guo, Haowen Luo, Xuntian Zheng, Chenshuaiyu Liu, Hongfei Sun, Yuhong Zhang, Ludong Li, Wenchi Kong, Han Gao, Lin Zhou, Renxing Lin, Hairen Tan

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202502208

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