(相關(guān)資料圖)

德國(guó)亥姆霍茲柏林中心(HZB)團(tuán)隊(duì)利用BESSY II同步輻射裝置，對(duì)蒸鍍法制備的鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)能電池開(kāi)展納米尺度分析，并提出一種改善鈣鈦礦薄膜質(zhì)量的新方法。研究顯示，在兩種子電池之間引入一層薄的氯化銫(CsCl)種子層，可促進(jìn)鈣鈦礦層均勻生長(zhǎng)，同時(shí)減少界面處不希望出現(xiàn)的碘化鉛沉積。

該研究表明，氯化銫晶種層改善了蒸鍍鈣鈦礦層的生長(zhǎng)，并減少了碘化鉛的形成。掃描電子顯微鏡圖像顯示，在沒(méi)有晶種層的情況下生長(zhǎng)的鈣鈦礦層(左圖)由極細(xì)小的晶粒構(gòu)成且缺陷較多;而在氯化銫晶種層上生長(zhǎng)的鈣鈦礦層(右圖)則呈現(xiàn)出更大的晶粒，且缺陷顯著減少。HZB

鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率通常高于單一硅太陽(yáng)能電池。其中，將鈣鈦礦前驅(qū)體分子共蒸鍍到硅子電池上，是一種具有工業(yè)吸引力的制備路線。研究團(tuán)隊(duì)指出，這類單片式疊層電池通常需要在硅表面形成自組裝單分子層(SAM)作為空穴傳輸層，但SAM層和鈣鈦礦層都必須盡可能均勻地覆蓋硅表面。由于SAM并非完美單分子層，而硅表面又常帶有用于增強(qiáng)光捕獲的納米紋理結(jié)構(gòu)，均勻成膜并不容易。

在BESSY II上，研究人員借助紅外近場(chǎng)掃描探針顯微技術(shù)(IR-s-SNOM)，識(shí)別出SAM層內(nèi)部厚度不同的區(qū)域，包括單層、多層以及SAM分子聚集區(qū)域。進(jìn)一步分析表明，在平面硅基底和具有工業(yè)相關(guān)性的紋理硅基底上，SAM分子會(huì)在紋理谷底處聚集，導(dǎo)致薄膜厚度不均。

隨后，團(tuán)隊(duì)利用BESSY II的X射線光電子發(fā)射顯微技術(shù)(XPEEM)，觀察共蒸鍍鈣鈦礦在不同SAM覆蓋區(qū)域上的生長(zhǎng)情況。結(jié)果顯示，鈣鈦礦層無(wú)法彌補(bǔ)下方SAM層的不均勻性，并且會(huì)在與硅相接的界面處形成不希望出現(xiàn)的碘化鉛。

為解決這一問(wèn)題，研究人員在界面處引入氯化銫層，使其發(fā)揮種子層作用。研究第一作者Viktor ?korjanc博士表示，該種子層能夠讓鈣鈦礦薄膜在紋理硅表面更均勻地生長(zhǎng)，并避免因空穴傳輸層覆蓋不均而形成界面缺陷。掃描電子顯微鏡觀察也顯示，沒(méi)有種子層時(shí)，鈣鈦礦薄膜晶粒較小且缺陷較多;加入氯化銫種子層后，薄膜缺陷明顯減少，晶粒尺寸增大。

研究結(jié)果顯示，采用該方法后，鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)能電池效率達(dá)到30.3%。HZB蒸鍍鈣鈦礦太陽(yáng)能電池團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Marcel Ro?博士表示，這一無(wú)溶劑真空工藝還有望改善疊層電池穩(wěn)定性，對(duì)推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室高效率成果走向可靠、可工業(yè)化生產(chǎn)的疊層太陽(yáng)能技術(shù)具有重要意義。

關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)能電池 太陽(yáng)能技術(shù)