最新Science：哌啶鹽穩定的高效金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池

木文韜 3年前 (2020-07-03) 16025瀏覽

【引言】

單片雙端鈣鈦礦硅串聯電池是近期商業規模部署的最有前途的光伏技術之一。這些電池具有寬帶隙鈣鈦礦“頂部電池”，可吸收與硅“底部電池”互補的太陽光譜區域，已經證明具有高達29.1％的功率轉換效率（PCE）。在實現高效率和長期穩定性之間通常會折衷。鈣鈦礦吸收劑中，甲基銨（MA）作為A位陽離子的存在，在高溫、光照和大氣條件下分解更快，可以通過用甲酰胺（FA）或甲酰胺和銫（Cs）的組成物來緩解。然而，在最近的許多報告中，使用MA來混合陽離子CsFAMA或FAMA鈣鈦礦形是效率最高的鈣鈦礦電池。另外，對鈣鈦礦吸收劑中的缺陷進行分子鈍化是提高太陽能電池效率的常見途徑，但往往會帶來額外的熱不穩定性。在低至60 ~ 85℃的溫度下進行熱處理后，吸收層和電池可以恢復到未鈍化狀態。因此，需要努力同時提高效率和改善長期穩定。

【成果簡介】

今日，在英國劍橋大學Henry J. Snaith教授和Yen-Hung Lin博士后研究員（共同通訊作者）團隊等人帶領下，與倫敦帝國理工學院、俄勒岡州立大學、印度塔塔基礎研究院、德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心和瑞典林雪平大學合作，通過將一種哌啶基離子化合物加入到甲酰胺-三鹵化鉛-鈣鈦礦吸收劑中，展示了高彈性正-本征-負的鈣鈦礦太陽能電池。由于帶隙被調整為非常適合于硅基鈣鈦礦串聯電池，這種哌啶添加劑提高了開路電壓和電池效率，還能延緩成分分離成雜質相，并在侵蝕性老化過程中在鈣鈦礦吸收層中形成針孔。在大氣環境中全光譜模擬陽光下，未封裝和封裝電池在60℃和85℃的條件下，分別在1010小時和1200小時內保持了80％和95％的峰值和老化后效率。團隊的分析揭示了導致老化電池失效的詳細降解途徑。相關成果以題為“A piperidinium salt stabilizes efficient metal-halide perovskite solar cells”發表在了Science。