확장 가능한 2개 - 주저우 헤어머신 주식회사

Nature Energy 7권, 620~630페이지(2022)이 기사 인용

13,000회 액세스

29 인용

167 알트메트릭

측정항목 세부정보

모놀리식 완전 페로브스카이트 탠덤 광전지는 저비용 및 고효율 태양 에너지 수확과 완전박막 기술의 장점을 결합할 것을 약속합니다. 현재까지 실험실 규모의 전체 페로브스카이트 직렬 태양전지는 확장 불가능한 제조 기술을 통해서만 제조되었습니다. 이에 대한 응답으로 이 연구에서는 확장 가능한 제조 방법(블레이드 코팅 및 진공 증착)으로만 처리된 레이저 스크라이빙된 전체 페로브스카이트 탠덤 모듈에 대해 보고하며, 최대 19.1%(개구 면적, 12.25cm2, 기하학적 충전 계수, 94.7%)의 전력 변환 효율을 보여줍니다. ) 및 안정적인 전력 출력. 스핀 코팅된 기준 탠덤 태양전지의 성능(효율 23.5%, 면적 0.1cm2)과 비교하여, 우리의 프로토타입은 전체 페로브스카이트 탠덤 광전지의 기술적 준비 상태에서 상당한 발전을 보여줍니다. 전계 발광 이미징 및 레이저 빔 유도 전류 매핑을 통해 전체 모듈 영역에 걸쳐 두 하위 셀에서 균일한 전류 수집을 보여줍니다. 이는 개방 회로 전압의 낮은 손실(<5%rel)과 확장 가능한 충전 계수를 설명합니다. 모듈.

Triggered by the advances of single-junction organic–inorganic metal halide perovskite solar cells (PSC) with a wide range of bandgaps1,2,3, perovskite-based tandem photovoltaics (PVs) have come into research focus in recent years4,5,6,7. The promise of any tandem PV technology lies in high power conversion efficiencies (PCEs), beyond the Shockley–Queisser limit of single-junction solar cells8,9,10,11. Along with perovskite/silicon29% efficiency by enhanced hole extraction. Science 370, 1300–1309 (2020)." href="#ref-CR12" id="ref-link-section-d57202519e641">12,13,14 and perovskite/Cu(In,Ga)Se215,16,17 tandem photovoltaics, two-terminal all-perovskite tandem solar cells (2TPT-SCs) have raised great interest in recent years, combining a wide bandgap (WBG) perovskite top subcell (EG-top ≈ 1.6–1.8 eV) and a narrow-bandgap (NBG) perovskite bottom subcell (EG-bottom < 1.3 eV)4,5,6,7,18,19,1 μs in Sn-Pb perovskites enable efficient all-perovskite tandem solar cells. Science 7911, eaav7911 (2019)." href="#ref-CR20" id="ref-link-section-d57202519e671_2">20,21,22,23. Several studies reported efficiencies of laboratory-scale 2TPT-SCs exhibiting a PCE of >23% (refs. 7,18,1 μs in Sn-Pb perovskites enable efficient all-perovskite tandem solar cells. Science 7911, eaav7911 (2019)." href="/articles/s41560-022-01059-w#ref-CR20" id="ref-link-section-d57202519e684"> 20,21,24,25), 현재 인증된 기록은 26.4%입니다(참조 26). 이러한 값이 상업용 단일 접합 다결정 실리콘 또는 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS) 셀의 PCE를 초과한다는 점을 고려하면 다음 단계로 나아가 2TPT 태양광 모듈(2TPT-태양광 모듈)에 대한 확장 가능한 제조 공정 및 상호 연결 방식을 개발해야 할 때입니다. SM).

단일 접합 페로브스카이트 태양광 모듈의 레이저 스크라이브 상호 연결 방식은 과거에 98%가 넘는 매우 높은 기하학적 충전율에서 성공적으로 구현되었지만(참조 29), 모놀리식 전체 태양광 모듈의 매우 구체적인 문제를 해결하는 보고서는 아직 없습니다. 페로브스카이트 탠덤 모듈. 단일 접합 페로브스카이트 태양광 모듈과 유사하게 2TPT-SC를 확장하면 3개의 스크라이빙 라인으로 형성된 등거리 상호 연결로 분리되는 길쭉한 PSC 스트라이프의 기존 박막 모듈 상호 연결 개념을 적용할 수 있습니다. ,36. 그러나 2TPT-SM에서 레이저 스크라이빙된 상호 연결 라인을 실현하려면 불활성 분위기에서의 처리와 두 가지 유형의 페로브스카이트 박막을 포함하는 직렬 태양 전지 층 스택과 호환되는 스크라이빙 프로세스가 필요합니다.

모듈 상호 연결 다음에는 산업적으로 확장 가능한 증착 방법으로 처리된 2TPT-SM 장치 아키텍처를 개발해야 합니다. 지금까지 모든 2TPT-SC에는 여러 스핀 코팅 단계가 필요했으며 이로 인해 장치 면적이 최대 약 12cm2(참조 25)의 실험실 규모로 제한되었습니다. 넓은 영역의 경우 열 증발, 블레이드 코팅, 스프레이 코팅 및 슬롯 다이 코팅과 같은 확장 가능한 방법이 페로브스카이트 광전지에 대해 조사되었습니다. 그중 블레이드 코팅(PCE: 17.8%)39 및 슬롯 다이 코팅(PCE: 20.8%)42은 단일 접합 페로브스카이트 태양광 모듈 처리에서 놀라운 잠재력을 보여주었습니다. 확장 가능한 솔루션 기반 방법으로 2TPT-SM을 처리하는 데 있어 주요 과제는 각각 상단 및 하단 셀에서 WBG 및 NBG 페로브스카이트 층의 유사한 용해도를 고려한 순차적 층 증착입니다. 후자는 NBG 바닥 태양전지의 용액을 처리할 때 기본 층(예: WBG 페로브스카이트)의 손쉬운 분해를 유도하기 때문에 2TPT 장치 아키텍처의 순차적 증착에 주요 장애물을 제기합니다.

30 cm2) in the same architecture as the scalable 2TPT-SMs (Supplementary Fig. 32). As shown in Supplementary Fig. 32, 2TPT-SC with NBG perovskite thin films processed only by VAGC show considerably lower overall performance compared to VAGC with gas flow. Furthermore, the different PCE of the devices at different locations on the large-area substrate is attributed to the defects and variation in the thickness of the blade-coated layers at different locations. Therefore, we show that scaling up the 2TPT-SM architecture by scalable deposition methods is feasible as long as very fast extraction of solvents of the bottom subcell is guaranteed. In this work, we employ a combination of VAGC with nitrogen gas flow to realize fast drying of the solution-processed NBG perovskite thin film in a mild vacuum range of 104–105 Pa. Similar to gas quenching, the technique realizes a fast mass transport of evaporated solvents away from the surface of the wet film54. In view of future in-line large-area production, gas quenching, as well as combinations of vacuum quenching with gas flow, would need to be realized shortly after the slot- or blade-coating step to ensure sufficiently fast drying./p>

Overall, this work highlights the facile upscaling route of the 2TPT-SCs from 0.1 cm2 up to 12.25 cm2 in 2TPT-SMs. Having employed only scalable deposition techniques (blade coating and vacuum deposition) for all 12 layers of the fabricated 2TPT-SMs, the feasibility of upscaling this technology is proven. The demonstrated GFF of our tandem module is comparable to other thin-film PV technologies, such as tandem thin-film silicon photovoltaics (~98% GFF)29 and CIGS photovoltaics (~93% GFF)55. It is noteworthy that the laser set-up applied in this work uses a rather conventional and inexpensive nanosecond laser that is less complex than the widely used picosecond or femtosecond lasers for thin-film solar module patterning in laboratory-scale modules. The technological bottleneck of the current development remains the limited stability of the 2TPT-SMs18,24. Fortunately, given recent advances in engineering the composition7,1 μs in Sn-Pb perovskites enable efficient all-perovskite tandem solar cells. Science 7911, eaav7911 (2019)." href="/articles/s41560-022-01059-w#ref-CR20" id="ref-link-section-d57202519e1872"20,24 as well as defect passivation of NBG solar cells21,26, there is encouraging progress in improvement in the stability of the NBG bottom subcell./p>29% efficiency by enhanced hole extraction. Science 370, 1300–1309 (2020)./p>1 μs in Sn-Pb perovskites enable efficient all-perovskite tandem solar cells. Science 7911, eaav7911 (2019)./p>