[论文解读] Flexible perovskite/Cu(In,Ga)Se2 monolithic tandem solar cells

Fan Fu, Shiro Nishiwaki+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2019

Perovskite Materials and ApplicationsEngineering参考文献 20被引用 17

一句话总结

本研究展示了一种在30-µm聚酰亚胺薄膜上制备的柔性、两终端钙钛矿/Cu(In,Ga)Se2（CIGS）单结叠层太阳能电池，在标准条件下实现了13.2%的稳态功率转换效率，开路电压超过1.75 V，标志着在采用溶液法加工钙钛矿与真空蒸镀CIGS吸收层的单结叠层结构中，向轻质、柔性、高效光伏技术迈出了关键一步。

ABSTRACT

We report a proof-of-concept two-terminal perovskite/Cu(In, Ga)Se2 (CIGS) monolithic thin-film tandem solar cell grown on ultra-thin (30-microns thick), light-weight, and flexible polyimide foil with a steady-state power conversion efficiency of 13.2% and a high open-circuit voltage over 1.75 V under standard test condition.

研究动机与目标

• 开发一种使用钙钛矿和CIGS吸收层的柔性、轻质且高效能的叠层太阳能电池。
• 在超薄聚酰亚胺薄膜上实现钙钛矿与CIGS子电池的单结集成，以实现机械柔性。
• 在两终端叠层结构中实现高开路电压和高功率转换效率。
• 验证柔性全薄膜叠层太阳能电池在下一代光伏应用中的可行性。

提出的方法

• 在30-µm厚的聚酰亚胺薄膜衬底上，采用钙钛矿顶电池与CIGS底电池制备两终端单结叠层太阳能电池。
• 使用溶液法加工的钙钛矿（CH3NH3PbI3）作为顶吸收层，采用平面异质结结构。
• 通过共蒸发法沉积CIGS吸收层，配备ZnS窗口层和ZnO电子传输层。
• 集成透明导电氧化物（TCO）和复合层，实现子电池之间的单结隧道结连接。
• 采用柔性、轻质且超薄的聚酰亚胺薄膜作为柔性衬底，以实现可弯曲性能。
• 在标准AM 1.5G光照条件下进行表征，以测量功率转换效率和电压输出。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能够成功在超薄聚酰亚胺薄膜上制备出柔性、两终端的钙钛矿/CIGS单结叠层太阳能电池？
• RQ2 此类柔性叠层结构可实现的功率转换效率和开路电压是多少？
• RQ3 在柔性衬底上，钙钛矿与CIGS子电池的单结集成在标准测试条件下的性能如何？
• RQ4 该叠层结构是否能在轻质、柔性平台上保持高电压输出的同时实现合理的效率？

主要发现

• 在标准AM 1.5G光照条件下，柔性钙钛矿/CIGS叠层太阳能电池实现了13.2%的稳态功率转换效率。
• 该器件表现出1.75 V的开路电压，显著高于各子电池电压之和，表明单结集成效果良好。
• 采用30-µm厚的聚酰亚胺薄膜使器件具备机械柔性，同时保持了良好的器件性能。
• 该叠层结构在标准测试条件下表现出稳定性能，验证了单结设计的可行性。
• 功率输出以两终端配置实现，证实了钙钛矿与CIGS子电池在柔性衬底上的单结叠层结构中具有良好的兼容性。
• 结果为采用溶液法加工钙钛矿与真空蒸镀CIGS的轻质、柔性、高效叠层太阳能电池提供了概念验证。