Nature:表面反應制備高效穩定倒置鈣鈦礦太陽能電池

NSCD 10個月前 (09-24) 1763瀏覽

  • 【導讀】

基于鈣鈦礦的太陽能電池結構簡單，材料成本低，制備工藝流程短。分析表明，在1GW發電裝機容量下，鈣鈦礦太陽能電池所需投資僅為單晶硅太陽能電池的一半。倒置鈣鈦礦太陽能電池（p-i-n）具有優異的運行穩定性，可低溫加工性和容易大面積制備等優勢，是真正實現鈣鈦礦太陽能電池潛力的最佳選擇。然而，相比正置鈣鈦礦太陽能電池（n-i-p）, 倒置太陽能電池的光電轉換效率仍然較低，是阻礙其商業化進程的最大瓶頸。

  • 【成果掠影】

近日，托萊多大學的Yan Yanfa和美國國家可再生能源實驗室Zhu Kai團隊在Nature合作發表了新的研究論文，通過采用有機小分子3-(Aminomethyl)pyridine (3-AP)對倒置鈣鈦礦太陽能電池進行表面處理，獲得了認證效率25%以上的倒置太陽能電池。有機分子3-AP可以和鈣鈦礦表面的FA+離子反應構建出更加光滑的表面從而減小表面電勢的波動并有助于提升鈣鈦礦和電子傳輸層 (ETL) 的結合。同時，表面反應所生成的產物降低了鈣鈦礦表面I離子空位的形成能，實現了n型摻雜，隨之產生的內建勢場造成能帶彎曲，利于電子的抽取并可以抑制電子-空穴復合。采用該策略處理后的倒置太陽能電池認證效率（PCE）超過25%。在相同工作條件下，與未經表面處理的器件相比，經3-AP處理后的器件表現出更加優異的穩定性。

相關研究文章以“Surface reaction for efficient and stable inverted perovskite solar cells”為題發表在Nature上。

  • 【核心創新點】

通過加入3-AP分子可以有效降低鈣鈦礦表面的粗糙度，降低I離子空位的形成能，形成n型摻雜，實現表面能帶彎曲，提升對電子的抽取能力。

  • 【數據概覽】

圖1 表面反應過程，表面形貌和電勢??2022 Springer Nature

圖2?表面化學和能量??2022 Springer Nature

圖3 光電性能測試??2022 Springer Nature

圖4?器件表征 ?2022 Springer Nature

  • 【成果啟示】

綜上，利用有機分子調控鈣鈦礦表面形貌和能帶結構是獲得高性能倒置鈣鈦礦太陽能電池的重要手段，是進一步推動鈣鈦礦太陽能電池商業化的新策略。

 

文章鏈接：Surface reaction for efficient and stable inverted perovskite solar cells. Nature (2022)

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05268-x

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