透明的四端鈣鈦礦太陽(yáng)能電池采用離子調(diào)制的spiro-MeOTAD空穴傳輸層，即鈍化界面缺陷，增強(qiáng)載流子動(dòng)力學(xué)，并允許寬帶隙鈣鈦礦功函數(shù)可調(diào)。當(dāng)集成到機(jī)械堆疊的四端（4T）疊層器件，底電池是n-TOPCon時(shí)，該疊層器件實(shí)現(xiàn)了28.4%–30.2%的整體效率，同時(shí)提高了開(kāi)路電壓和填充因子。
印度理工學(xué)院孟買分校的研究人員制造了一種基于空穴傳輸層（HTL）的透明四端（4T）鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，該空穴傳輸層既能抑制界面復(fù)合，同時(shí)增強(qiáng)光致發(fā)光量子產(chǎn)額和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂。
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該研究的通訊作者Dinesh Kabra告訴pvmagazine：“該器件還表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)可調(diào)功函數(shù)，使得能有效耦合能隙變化的鈣鈦礦吸收層。”在三種鈣鈦礦組分中，該器件在開(kāi)路電壓和填充因子方面表現(xiàn)出顯著提升，且不受帶隙影響。該通用HTL采用透明的n-i-p配置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，提升效率和運(yùn)行穩(wěn)定性，在與商用n-TOPCon硅電池以四端串聯(lián)方式光學(xué)耦合時(shí)，總效率可達(dá)30.2%。
他繼續(xù)說(shuō)：“我們的策略消除了對(duì)帶隙專用HTL工程的需求，從而減輕了鹵化物分離，這是串聯(lián)光伏中寬帶隙鈣灰礦的一個(gè)關(guān)鍵限制。”將傳輸層兼容性與吸收劑組成脫耦，使鈣鈦礦配方可以基于本質(zhì)穩(wěn)定性和光電質(zhì)量選擇，而非界面限制。因此，它能夠?qū)崿F(xiàn)吸收層的優(yōu)化，獨(dú)立于電荷選擇層匹配；這一通用HTL重新定義了串聯(lián)器件設(shè)計(jì)原則，并為實(shí)現(xiàn)商業(yè)可行、高度穩(wěn)定和高效的鈣鈦礦-硅光伏提供了可擴(kuò)展的路徑。”
在發(fā)表于英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)的文章Bandgap-tunable transparent perovskite solar cells for 4T Si/perovskite tandem photovoltaics with PCE > 30% via rational interface management。
科學(xué)家們解釋說(shuō)該電池是用離子調(diào)制的spiro-OMeTAD制成的HTL制造的，指出用于鈣鈦礦電池應(yīng)用的spiro-OMeTAD通常摻雜一種稱為鋰（三氟甲烷磺酰）酰亞胺（LiTFSI）的化合物提升空穴的抽取和導(dǎo)電性。然而，這種摻雜需要耗時(shí)24小時(shí)的空氣氧化，據(jù)報(bào)道這對(duì)鈣鈦礦光伏裝置的商業(yè)化生產(chǎn)構(gòu)成了障礙。
據(jù)報(bào)道，離子調(diào)制、自由基摻雜的spiro-MeOTAD HTL可通過(guò)4-叔丁基-1-甲基吡啶雙（三氟甲烷磺酰）酰亞胺（TBMPTFSI）鹽調(diào)制實(shí)現(xiàn)最佳功函數(shù)調(diào)諧，提升穩(wěn)定性。與分子結(jié)構(gòu)工程用于能級(jí)調(diào)整不同，該方法提供了更簡(jiǎn)單、更可控的能級(jí)對(duì)齊和減少界面缺陷的方法。
串聯(lián)裝置采用頂部鈣鈦礦電池，基底為玻璃，電子傳遞層（ETL）由二氧化錫制成（SnO2），鈣鈦礦吸收層，spiro-MeOTAD空穴輸運(yùn)層（HTL）、作為頂層透明電極（TE）的氧化銦鋅（IZO）層，以及銀（Ag）金屬柵極。
研究人員表示，TBMPTFSI濃度在15%至20%之間進(jìn)行極限提取，并對(duì)HTL自旋涂層速度進(jìn)行精確調(diào)整，顯著提升了每種鈣鈦礦組的效率、開(kāi)路電壓和填充因子。結(jié)合離子spiro-HTL顯著延長(zhǎng)了載流子壽命，并降低了Shockley–Read–Hall重組常數(shù)，顯示界面缺陷較少。光學(xué)表征確認(rèn)鈣鈦礦帶邊緣變化極小，光致發(fā)光量產(chǎn)率（PLQY）測(cè)量進(jìn)一步證實(shí)了離子Spiro器件缺陷密度降低的情況。
研究人員將鈣鈦礦集成為機(jī)械堆疊的四端（4T）串聯(lián)配置，配合n-TOPCon硅太陽(yáng)能電池，串聯(lián)器件整體效率達(dá)到28.4%至30.2%。外部量子效率（EQE）、透射率和集成JSC的測(cè)量與J–V和光學(xué)分析高度匹配，驗(yàn)證了離子調(diào)制HTL帶來(lái)的性能提升。最后，在高溫、連續(xù)照明和最大功率點(diǎn)跟蹤下的穩(wěn)定性測(cè)試顯示，采用離子SpiroHTL的器件表現(xiàn)出略微增強(qiáng)的堅(jiān)固性，這與界面缺陷密度的降低相符。
Kabra表示：“值得注意的是，引入帶有優(yōu)化功函數(shù)的離子調(diào)制spiro-MeOTAD顯著提升了表面缺陷容忍度，從而影響了載流子動(dòng)力學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)了2–5%的開(kāi)路電壓和6–7%的填充率提升。”“這些發(fā)現(xiàn)凸顯了利用離子調(diào)制spiro-MeOTAD進(jìn)行界面缺陷鈍化的關(guān)鍵作用，在實(shí)現(xiàn)串聯(lián)應(yīng)用中高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，為下一代光伏技術(shù)提供了有前景的道路。”
