KAIST开发高效高稳定“下一代太阳能电池”

by Jeong Ilwoong

Published 31 Oct.2024 08:00(KST)

目前普遍使用的钙钛矿太阳能电池存在一个问题，即大约52%的太阳能无法被利用。能够克服这一缺点的下一代太阳能电池技术已在韩国国内研发成功。

KAIST表示，电气与电子工程系的 Lee Jeongyong 教授研究团队与延世大学化学系的 Kim Woojae 教授研究团队联合开发出了高效率·高稳定性的有机–无机混合太阳能电池制备技术，并于31日对外公布。

通过在钙钛矿·有机混合器件结构中引入偶极界面层（DILs）改善电子结构并提升电荷传输能力的机理。KAIST提供

该技术突破了既有可见光波段的限制，将近红外光的捕获能力最大化。同时，通过提升电力转换效率，有望在全球太阳能电池市场引领技术性进展。

首先，联合研究团队对仅限于可见光吸收的传统钙钛矿材料进行了改良，并高度优化了将吸收范围扩展至近红外的有机光半导体混合下一代器件结构。

随后，团队通过引入偶极层，成功开发出在高度优化的器件结构中解决电子结构问题的高性能太阳能电池器件。所谓偶极层，是指通过调节器件内部能级以促进电荷传输，并在界面形成电位差从而提升器件性能的一层超薄材料。

传统的铅基钙钛矿太阳能电池，其吸收光谱被限制在波长850纳米（nm）以下的可见光区域，因而无法利用约一半的太阳能。

但此次联合研究团队开发的太阳能电池被设计为将有机体积异质结（Bulk Heterojunction，BHJ）与钙钛矿相结合的混合器件结构，具备可吸收近红外区域光线的优势。

尤其是通过引入纳米级以下厚度的偶极界面层，缓解了钙钛矿与有机体积异质结（BHJ）之间的能量势垒，在抑制电荷积累的同时，将近红外的贡献度最大化。联合研究团队解释称，通过这一方式，电流密度（JSC）提高了4.9mA/cm²。

本次研究的核心成果在于，将混合器件的电力转换效率（PCE）从既有的20.4%大幅提升至24.0%。与既有研究相比，本研究实现了更高的内部量子效率（IQE），使近红外区域的利用率提高到78%。

更为重要的是，该器件具有极高的稳定性，即便在极端湿度条件下进行超过800小时的最大功率点追踪测试，仍保持了初始效率80%以上的性能。

Lee 教授表示：“联合研究团队有效解决了既有钙钛矿与有机混合太阳能电池所面临的电荷积累及能带不匹配问题，在最大化近红外光捕获性能的同时，大幅提升了电力转换效率。通过解决传统钙钛矿在机械和化学稳定性方面的问题，我们为突破其光学极限开辟了新的路径，这正是本次研究的主要成果。”

另一方面，本研究在韩国研究财团的资助下完成。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。