鈣鈦礦基串聯(lián)電池正在成為新型光伏（PV）電池，其效率超過了單結(jié)電池的效率極限。需要高效率的建筑集成光伏電池很有吸引力，但美學(xué)在這些城市應(yīng)用中起著關(guān)鍵作用。美學(xué)PV電池*具挑戰(zhàn)性的問題之一是顏色調(diào)諧引起的效率折損。在這里，我們**展示了基于使用具有ultraviolet-selective吸收LDS染料的紋理發(fā)光降移（LDS）薄膜的無損全色可調(diào)PV電池。LDS抗反射（AR）薄膜通過減少鈣鈦礦薄膜上方層由于LDS效應(yīng)引起的寄生紫外吸收損失和由于紋理表面引起的細(xì)胞反射造成的損失，提高了鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的效率。因此，使用LDSAR薄膜進(jìn)行顏色調(diào)整可用于為城市應(yīng)用生產(chǎn)高度美觀和高效的PV單元。

關(guān)于用于BIPV和VIPV應(yīng)用的高效串聯(lián)單元，使用LDS染料的顏色調(diào)諧優(yōu)于使用結(jié)構(gòu)顏色的顏色調(diào)諧。頂部和底部單元之間的電流匹配對于實(shí)現(xiàn)高效串聯(lián)單元至關(guān)重要，但是使用結(jié)構(gòu)顏色的顏色調(diào)諧會(huì)導(dǎo)致頂部單元中的光吸收損失（甚至依賴于顏色），從而導(dǎo)致電流匹配失敗。此外，串聯(lián)單元中的表面紋理化可以有效地減少寬波長范圍內(nèi)的光反射，25但是使用結(jié)構(gòu)顏色的顏色調(diào)諧與紋理表面不兼容。另一方面，可以通過使用LDS染料的無損顏色調(diào)諧來保持電流匹配，這與高效串聯(lián)單元的表面紋理化是兼容的。

在本研究中，我們選擇了紫外吸收LDS染料（1,10-菲咯啉）三[4,4,4-三氟-1-（2-噻吩基）-1,3-丁二烯基]銪（三）（Eu（TTA） 3Phen）用于紅色發(fā)射，三（2-苯基吡啶基）銥（三）（Ir（ppy）3）用于綠色發(fā)射，4,40-Bis（9-ethyl-3-carbazovinylene）-1；4,40-Bis（9-ethyl-3-carbazovinylene）-1,10-聯(lián)苯基（BCzVBi）用于藍(lán)色發(fā)射。使用分散良好的染料在厚（>200μm）聚（乙烯-共乙酸乙烯酯）（EVA）主體聚合物薄膜中，成功獲得了LDS染料的高吸收和PLQY。光學(xué)分析證實(shí)了所有紅、綠、藍(lán)發(fā)射薄膜LDS的紫外選擇性吸收、高PLQY和高顏色純度。此外，通過簡單直觀地混合紅、綠-表面織構(gòu)LDS薄膜附著在鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池上進(jìn)行增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和顏色調(diào)節(jié)。由于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效應(yīng)，表面織構(gòu)薄膜的鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的PCE從20.24%顯著提高到22.62%，相對提高了11.8%。*后，通過向紋理增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)薄膜中引入LDS染料，**成功實(shí)現(xiàn)了無損紅色（PCE相對提高22.89%，13.1%）、綠色（PCE相對提高22.51%，11.2%）和藍(lán)色（PCE相對提高23.00%，13.6%）串聯(lián)電池。

發(fā)光下移位薄膜制造拋光結(jié)晶

Si晶片在KOH/IPA溶液中蝕刻形成無規(guī)金字塔織構(gòu)Si晶片。拋光的扁平Si晶片和無規(guī)金字塔織構(gòu)Si晶片在180℃下濕潤處理3小時(shí)。EVA（200mg/mL）單獨(dú)或用LDS染料（Eu（TTA） 3Phen為1mg/mL，Ir（ppy）3為0.1mg/mL，BCzVBi為0.2mg/mL）溶解在氯苯中。將1mL EVA溶液滴到3cm 3cm的扁平Si襯底上，在室溫下干燥1天。然后在扁平Si上干燥的EVA薄膜在100C下加熱30分鐘以去除任何殘留的氯苯。冷卻后，將干燥的EVA薄膜從扁平Si上剝離，得到獨(dú)立的扁平EVA薄膜。為了制備倒金字塔-中織構(gòu)EVA薄膜，將EVA溶液以500rpm旋轉(zhuǎn)涂覆到無規(guī)金字塔織構(gòu)硅晶片上60 s。然后將EVA旋轉(zhuǎn)涂覆的無規(guī)金字塔織構(gòu)硅襯底在100C下加熱10分鐘。在100C下加熱的同時(shí)，將獨(dú)立的扁平EVA薄膜層壓到EVA旋轉(zhuǎn)涂覆的無規(guī)金字塔織構(gòu)硅襯底上。冷卻后，剝離在無規(guī)金字塔織構(gòu)硅襯底上的干燥EVA薄膜，以獲得獨(dú)立的倒金字塔織構(gòu)EVA薄膜。用LDS染料溶液的EVA以與上述方法相同的方式制備帶有LDS染料的EVA薄膜。

鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池的制造和測量

鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池的制造和測量如文獻(xiàn)中所述。23,43紫外光穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性分別在無封裝的室溫下和無封裝的室溫/35 RH%環(huán)境空氣中進(jìn)行了測試。器件分別暴露在開路條件下的紫外光和AM 1.5 G光下。VL-6.LC（Vilber） 365 nm紫外光燈用于紫外光穩(wěn)定性測試，LSH-7320（Newport）發(fā)光二極管太陽能模擬器用于串聯(lián)太陽能電池的光穩(wěn)定性。紫外光強(qiáng)度用TM-213紫外-AB計(jì)（Tenmars）校準(zhǔn)為20 mW/cm ²。

表征

厚度用表面輪廓儀（A-step 250，KLA TENCOR儀器）測量。PL和PLE光譜用熒光計(jì)（Cary Eclipse，Varian）測量。PLQY用分光熒光計(jì)（FP-8500ST，Jasco International）測量。掃描電鏡圖像是使用10kV操作的Nova NanoSEM 230（FEI）獲得的。透射率和反射率光譜是使用帶有漫反射附件的紫外-可見-近紅外光譜儀測量的（安捷倫科技公司DRA的卡里5000）。使用光譜儀（HR2000+，海洋光學(xué)公司）和光纖測量了AM 1.5G模擬太陽光下太陽能電池的光譜。

圖1A顯示了EVA、Eu（TTA） 3 Phen、Ir（ppy）3和BCzVBi的化學(xué)結(jié)構(gòu)。EVA作為LDS增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)薄膜的主體聚合物是因?yàn)樗哂懈咄该鞫龋词乖谧贤夤夥秶鷥?nèi)）、易于與有機(jī)溶劑和熱處理以及染料在EVA中的高溶解度，這導(dǎo)致染料在EVA薄膜中的良好分散而不聚集。紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光染料，即Eu（TTA） 3 Phen、Ir（ppy）3和BCzVBi，分別被用作具有高色純度和高PLQY的有機(jī)發(fā)光二極管中的發(fā)光染料。事實(shí)上，選擇Eu（TTA）3Phen、Ir（ppy）3和BCzVBi是因?yàn)樗鼈兾誙V范圍內(nèi)的光，但很少吸收可見光范圍內(nèi)的光。EVA和LDS染料都可溶于有機(jī)溶劑（例如氯仿、氯苯和四氫呋喃），這簡化了LDS薄膜制造過程，并支持染料在EVA薄膜中的均勻分散。LDS薄膜是通過在基板上用染料簡單干燥EVA溶液來制備的。薄膜LDS的厚度可以通過EVA濃度、溶液體積和基板面積來控制。通過從大Si襯底的氟化表面分離厚LDS膜可以很容易地獲得大的獨(dú)立LDS膜。平坦和紋理LDS膜的厚度分別為206和240μm。當(dāng)染料濃度高于臨界點(diǎn)時(shí)，在EVA中觀察到染料的聚集以及霧度的增加。EVA中Eu（TTA） 3Phen、Ir（ppy）3和BCzVBi的濃度分別優(yōu)化為0.50、0.05和0.10重量%。圖1B顯示了鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池與LDS具有紫外選擇性吸收的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)薄膜無損調(diào)色的示意圖。當(dāng)陽光用具有紫外選擇性吸收的LDS增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)膜照亮鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池時(shí)（圖1B），*初被頂部透明電極和電子傳輸層吸收的紫外光可以被LDS染料吸收。紫外光吸收后，Eu（TTA） 3Phen、Ir（ppy）3和BCzVBi在鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的內(nèi)部和外部發(fā)出紅色、綠色和藍(lán)色光。PV電池內(nèi)部發(fā)出的光有助于鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的額外光吸收，外部發(fā)出的光可以用來調(diào)節(jié)鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的顏色。由于LDS染料的紫外光吸收能力和EVA的高透明度，32,33LDS增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)膜可以在可見光和紅外范圍內(nèi)保持高透明度，同時(shí)有效吸收紫外光。

圖1紫外選擇性吸收LDSAR薄膜.（A）EVA、Eu（TTA） 3 Phen、Ir（ppy）3和BCzVBi的化學(xué)結(jié)構(gòu)。（B）鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池紫外LDSAR薄膜的示意圖。（C）紋理EVA的60傾斜掃描電鏡圖像和鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的橫截面掃描電鏡圖像（比例尺：500納米）。

圖2 EVA薄膜中LDS染料的光學(xué)性質(zhì).（A）EVA薄膜中Eu（TTA） 3 Phen、Ir（ppy）3和BCzVBi的歸一化PLE和PL光譜以及AM 1.5 G太陽光譜的光子通量。（B）CIE色度圖中Eu（TTA）3 Phen、Ir（ppy）3和BCzVBi的PL光譜顏色坐標(biāo)的表示。（C）在模擬太陽光下分別具有Eu（TTA）3 Phen、Ir（ppy）3和BCzVBi的紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)射的LDS薄膜的照片。（D）通過混合Eu（TTA）3 Phen、Ir（ppy）3和BCzVBi獲得的具有各種顏色發(fā)射的LDS薄膜的照片。（E）通過LDS染料的選擇性排列拍攝各種彩色LDS薄膜的花形發(fā)光照片。F I G U R E 1紫外選擇性吸收LDSAR薄膜。（A）EVA、Eu（TTA） 3 Phen、Ir（ppy）3和BCzVBi的化學(xué)結(jié)構(gòu)。（B）鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池紫外LDS增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)薄膜的示意圖。（C）紋理EVA的60傾斜掃描電鏡圖像和鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的橫截面掃描電鏡圖像（比例尺：500納米）。