全钙钛矿串联太阳能电池，由堆叠的宽频带隙(WBG)和窄频带隙(NBG)钙钛矿组成的太阳能电池，可能是特别有前途的能源解决方案。与其他现有的光伏系统相比，这些电池可以实现良好的能源效率，同时显著降低制造成本。
北卡罗来纳大学查贝尔山分校和罗切斯特大学的研究人员最近设计了一种新的热气体辅助方法，可以改进用于串联太阳能电池的NBG钙钛矿薄膜的制备。这一策略与薄膜中添加的抗氧化材料相结合，这两种材料都在《自然能源》杂志上发表的一篇论文中介绍过，可以增加太阳能电池的载流子重组寿命(即过剩载流子衰变所需的时间)。
“全钙钛矿串联钙钛矿太阳能电池有望降低光伏系统的成本，因为它们有可能达到比单结太阳能电池更高的效率，同时保持溶液制造过程，”开展这项研究的研究人员之一黄金松(Jinsong Huang)告诉TechXplore。“此外，与单结钙钛矿模块相比，串联结构的应用具有更小的光电流但更高的光电压，也可以降低电池到模块的效率，从而实现串联中单片互连模块的更高模块效率。”
在全钙钛矿串联太阳能电池中，WBG和NBG钙钛矿层都使用一种称为叶片涂层的方法沉积。刀片涂层，也被称为刀涂层或博士涂层，是一种可扩展的涂层技术，需要将过量的涂层材料涂在基材上，然后使用刀片去除一部分，直到达到所需的涂层。
黄和他的同事们设计了一种新的叶片涂层策略，它可能特别有利于NBG钙钛矿薄膜的制备。与其他通常采用的策略相比，他们的技术利用了热气体。
黄说:“为了制作我们的NBG钙钛矿薄膜，我们开发了一种热气体辅助叶片涂层策略，以实现高质量、大面积和厚的薄膜。”高温气体加速了高沸点溶剂的干燥，以固化涂覆的湿膜，防止了微尺度溶液流动。此外，还引入了还原剂盐酸苄肼(BHC)，以防止薄膜沉积过程中的Sn2+和碘化物氧化，更重要的是，在模块制造过程中承受空气暴露。”
黄和他的同事使用他们的新叶片涂层方法，能够抑制NBG钙钛矿膜在涂层过程中发生的不利过程。该薄膜被用于制备全钙钛矿串联太阳能电池，效率为21.6%，孔径面积为14.3 cm2，对应的有效面积效率为23%。
黄补充说:“我们创新的热-气辅助叶片涂层方法能够为全钙钛矿串联太阳能电池高通量制造大面积、高质量的NBG薄膜。”“另一方面，由于在环境条件下模块加工过程中窄带隙子电池的退化，扩大全钙钛矿串联太阳能组件的规模具有挑战性。在这项工作中，还原剂六六六可以在环境中制造模块，这是迈向工业化的关键一步。”
在未来，这一研究团队的最新工作将有助于高效全钙钛矿串联太阳能电池的工业化和升级，这将更加经济实惠。与此同时，研究人员计划用他们的方法开发更高效、更稳定、表面积更大的太阳能组件。
