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钙钛矿-硅叠层

埃拉集团 × 俄科院IPCE研究所

钙钛矿—硅叠层薄膜太阳电池

钙钛矿—硅叠层——薄膜电池架构

01 ·

研究对象

研究面向“织构硅(HJT)基底上的钙钛矿”叠层太阳能电池技术:在织构化异质结硅底电池上制备钙钛矿顶电池。

叠层太阳能电池层叠结构示意图
钙钛矿顶电池
空穴传输层
织构化硅(HJT)
02 ·

重点研究方向

T-1

电沉积PEDOT–富勒烯醇

无溶剂、致密形貌的空穴传输层,作为织构HJT上SAM的替代方案,兼容狭缝涂布。

T-2

Sn/Ge超分子缓冲层

在2T顶底电池界面上对齐能级并抑制界面反应。

T-3

多机理T80预测

原位EIS分离衰减通道,替代单一活化能的Arrhenius外推,对接ISOS-L2/D3。

T-4

PMHS/PDMS封装

双层聚合物防护,已在80%相对湿度应力下验证(Baeva等,2023)。

T80 方法学

03 ·

原位 EIS

当钙钛矿中同时发生多种过程时,单一活化能的T80会系统性失真。原位EIS在应力老化过程中同步记录阻抗谱,把衰减拆成各自具有时间常数的通道。

为什么Arrhenius不够

外推 T80 = f(exp(−Ea/kT)) 假定只有一个主导机理。织构HJT上的2T叠层同时存在离子迁移、顶电池界面复合、接触漂移与电极腐蚀。实验室用单一Ea得到的「T80 > 20 000 h」对中试认证是方法学风险。

原位EIS的Nyquist图:Rs、Rrec弧与低频离子尾巴

实验流程

01
应力

器件按ISOS-L2(光浸泡)与ISOS-D3(湿热)老化。EIS在应力过程中采集,而不是结束后补测。

02
频谱

1 MHz → 10 mHz,偏压Voc或MPP。高频对应Rs,中频对应界面,低频对应离子。

03
等效电路

Rs — Rrec∥CPE — Rion(+W)。每个元件对应Nyquist上的一段弧,也就是一个τ。

04
T80

元件随时间的轨迹给出多机理叠加。预测对接ISOS与IEC 62941。

频谱中可见的通道

ω → ∞
Rs · 接触

串联电阻与电极腐蚀。Rs上升会在钙钛矿失效之前先吃掉填充因子。

kHz–Hz
Rrec · 2T / HTL

顶电池与空穴传输层界面复合。兆瓦中试之后成品率的主要杀手。

Hz–mHz
Rion · 离子

卤素迁移与滞后。低频尾巴(Warburg/Gerischer)往往先于PCE下降而增长。

τ(T)
各自的Ea

每个通道有自己的活化能,不能压到同一条Arrhenius直线上。

两种“T80”

ISOS-L2 · ISOS-D3 · IEC 62941

经典

一个Ea、加速老化、外推。漂亮的数字,却藏起田间究竟哪个机理会杀死组件。

原位 EIS

多个τ、负载下的频谱、面向认证的保守上界。直接针对2T界面衰减。

该方向的方法学,不是产线报告。完整规程与原始频谱在NDA下提供。

04 ·

科研基础——俄科院IPCE研究所

俄罗斯科学院弗鲁姆金物理化学与电化学研究所——学术传承始于1929年(95年以上),拥有Rehbinder与Deryagin学派,覆盖“合成—薄膜—器件—表征”完整链条。

Tameev团队是光电材料与器件方向的核心,相关成果发表于Nano Energy、Scientific Reports、Applied Physics Letters、J. Mater. Chem. C等期刊。

1929
传承始于
95+
年学术传承
12
项公开论文
05 ·

合作方

埃拉集团
ERA GROUP
产业与工程;IPCE RAS独家工业合作伙伴
继续
工业传感器