鈣鈦礦太陽能電池最新Science: Eu3+-Eu2+離子使Pb-I鈣鈦礦太陽能電池具有操作耐久性

【引言】

設備壽命和功率轉換效率（PCE）是決定太陽能電池產生的最終成本的關鍵因素。鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的PCE在過去幾年內迅速達到23.7％，與多晶硅和Cu（In, Ga）Se2太陽能電池相當。但鈣鈦礦太陽能電池在運行條件下設備穩定性差，使得鈣鈦礦光伏電池在商業應用中受到了很大的限制。通常，商業太陽能電池的壽命為20至25年，PCE下降不到10％，相當于每年平均降解率約為0.5％。與那些無機光伏材料（例如硅（IV族）和CIGS（I-III-VI族））相比，元素或組分在有機-無機鹵化物鈣鈦礦材料中大多數是十分極化的，例如I^-，甲基銨（MA⁺）和Pb²⁺。它們容易構建一種易于變形的軟晶格，易受各種老化應力的影響，如氧氣，濕氣和紫外線（UV），可以通過封裝，界面改性和UV過濾等方法延長器件壽命。

【成果簡介】

北京大學的嚴純華，周歡萍和孫聆東（共同通訊作者）等人合作發表文章。作者發現，銪離子對Eu³⁺-Eu²⁺可充當“氧化還原穿梭”，其在周期性的轉變中同時氧化Pb⁰并還原I⁰。所制備的器件實現了21.52％的功率轉換效率（PCE），并且具有顯著改善的長期耐久性。在最大功率點跟蹤500小時后，這些裝置在1-sun連續照明下保持92％和89％的峰值PCE，或者在85℃下加熱1500小時和91％的原始穩定PCE。2019年1月18日，該成果以題為”A Eu³⁺-Eu²⁺ ion redox shuttle imparts operational durability to Pb-I perovskite solar cells”發表在Science上。

【圖文導讀】

Figure 1.Eu³⁺-Eu²⁺離子對在溶液態和薄膜態增加Pb⁰和I⁰到Pb²⁺和I^-的轉化率

Figure 2.摻入1% M(acac)₃ (M= Eu³⁺, Y³⁺, Fe³⁺)的鈣鈦礦薄膜的高分辨XPS譜

Figure 3.Eu³⁺摻雜鈣鈦礦薄膜的形貌，取向，電子結構，載流子行為以及DFT計算結果

圖4.鈣鈦礦太陽能電池的長期穩定性和原始性能演變

A Eu³⁺-Eu²⁺ ion redox shuttle imparts operational durability to Pb-I perovskite solar cells (Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aau5701)

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