華僑大學謝立強和魏展畫團隊Nat. Commun.:水汽誘導快速結晶制備高效穩定鈣鈦礦太陽能電池

NSCD 11個月前 (08-25) 1233瀏覽

  • 【導讀】

鈣鈦礦薄膜是鈣鈦礦太陽能電池的核心，其質量是決定太陽能電池性能的關鍵。而鈣鈦礦薄膜的質量對外界環境的變化極為敏感。其中，濕度對鈣鈦礦薄膜質量的影響是廣泛且復雜的。在以往的研究中，對薄膜質量和濕度關系的討論通常和其他因素的影響混合在一起，因此難以得出直接且有力的結論。

  • 【成果掠影】

近日，華僑大學謝麗強和魏展畫團隊合作發表了新的研究論文，通過對太陽能電池制備和測試的全過程中引入氮氣保護，從而將水汽的作用與其他因素分離開，系統的研究了不同濕度對鈣鈦礦薄膜和基于鈣鈦礦薄膜的太陽能電池的影響。在該項研究中，作者發現適合的濕度有助于鈣鈦礦薄膜組分中有機離子的擴散，形成具有成分均勻分布的中間態(Cs0.05FA0.75MA0.20)Pb(I0.96Br0.04)3鈣鈦礦薄膜。對這種薄膜進行熱處理，可以獲得由高結晶度大晶粒尺寸的鈣鈦礦組成的缺陷密度低的薄膜。基于這種鈣鈦礦薄膜制備的太陽能電池無遲滯，效率接近24%，且其T80（T80：效率降至初始效率的80%所對應的時間）是參比太陽能電池的五倍以上。

相關研究文章以“Moisture-triggered fast crystallization?enables efficient and stable perovskite?solar cells”為題發表在Nature Communications上。

  • 【核心創新點】

通過對太陽能電池制備的全過程進行氮氣保護，闡明了水汽對鈣鈦礦薄膜的影響。在此基礎上，利用水汽有助于有機離子擴散的特點，制備了成分均勻分布的鈣鈦礦薄膜。

  • 【數據概覽】

圖1. 氮氣保護下鈣鈦礦薄膜的制備和表征過程??2022 The Authors

圖2. 熱處理前的中間態鈣鈦礦薄膜（水汽處理和未處理）的光電特性??2022 The Authors

圖3. 水汽處理對未進行熱處理的濕鈣鈦礦薄膜形貌和結構的影響??2022 The Authors

圖4. 水汽處理對最終鈣鈦礦薄膜和完整太陽能電池載流子傳輸的影響 ?2022 The Authors

圖5. 基于目標鈣鈦礦薄膜和參比鈣鈦礦薄膜的太陽能電池的光伏表征 ?2022 The Authors

  • 【成果啟示】

綜上，水汽處理有助于制備成分均勻的高質量的鈣鈦礦薄膜，是獲得高效穩定鈣鈦礦太陽能電池的有效手段。

文章鏈接：Moisture-triggered fast crystallization?enables efficient and stable perovskite?solar cells, Nature Communications, 2022, 13

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-32482-y

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