華中科大Nature Energy: 添加劑助力提升鈣鈦礦太陽能電池性能

NSCD 3個月前 (07-21) 1108瀏覽

  • 【導讀】

倒置鈣鈦礦太陽能電池（p-i-n）吸引了廣泛的關注。這是因為倒置鈣鈦礦太陽能電池相比正置鈣鈦礦太陽能電池（n-i-p）兼具易于加工、方便大規模制備和優秀的運行穩定性等優點，是真正實現鈣鈦礦太陽能電池應用潛力的不二之選。然而，目前倒置太陽能電池的光電轉換效率仍然較低，難以滿足商業應用。降低倒置鈣鈦礦太陽能電池中體相和界面處的缺陷密度是提升光電轉換效率的有效途徑。

  • 【成果掠影】

近日，華中科技大學陳煒教授團隊在Nature Energy上發表了新的研究論文，利用添加劑成功降低了FA1?xCsxPbI3倒置鈣鈦礦太陽能電池中的體相和界面處的缺陷，獲得了穩定的、光電轉換效率高達25.1%的倒置太陽能電池。在本項研究中，作者引入了能夠與PbI2形成強配位的路易斯堿二丁基亞砜（DBSO）作為添加劑，獲得了能夠在反溶劑萃取過程中仍能穩定存在的DBSO-PbI2中間相。該中間相顯著降低了鈣鈦礦薄膜中的殘余應力從而降低了體相缺陷濃度。進一步的，作者從多種氟碳(CF3)官能團取代的苯乙基碘化銨(PEAI)分子中篩選出了2CF3-PEAI分子，其可以對鈣鈦礦薄膜表面提供最佳鈍化效果；同時利用該類分子的疏水性提升了鈣鈦礦薄膜的穩定性。基于此項策略所獲得的太陽能電池的效率可達25.1%。進一步的，作者用最大功率點追蹤（MPPT）技術對空氣（50±5% RH, 50±5 oC）中、在AM1.5G，1sun的等效光強照射下的太陽能電池運行穩定性的表征表明，本項研究中所獲得的太陽能電池的效率在1800小時仍能保持初始效率的97.4%。雙85條件（85% RH, 85 oC）下的加速老化實驗同樣證實了本項研究所獲的太陽能電池優異的穩定性，1000小時后效率保持率為98.2%。

相關研究文章以“Reduction of bulk and surface defects in inverted methylammonium- and bromide-free formamidinium perovskite solar cells”為題發表在Nature Energy上。

  • 【核心創新點】

利用添加劑成功降低了鈣鈦礦薄膜的缺陷密度，提高了薄膜的晶體質量，從而獲得了具有高光電轉換效率的倒置鈣鈦礦太陽能電池。

  • 【數據概覽】

圖1.?鈣鈦礦薄膜晶體生長調控。?2023 Springer Nature

圖2.?鈣鈦礦薄膜質量表征。?2023 Springer Nature

圖3.?表面鈍化對鈣鈦礦薄膜的影響。?2023 Springer Nature

圖4.?鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能和運行穩定性表征。?2023 Springer Nature

  • 【成果啟示】

在近期多篇關于鈣鈦礦太陽能電池的研究中已經證實了添加劑對于改善鈣鈦礦太陽能電池性能具有重要作用。因此，開發新型的、具有多種功能（如優化結晶、鈍化表面）的添加劑將是未來研究的重點。但同時需要注意的是，添加劑應與低成本制備大面積鈣鈦礦電池的工藝相兼容。

 

原文詳情：Rui Chen, Jianan Wang, Zonghao Liu, Fumeng Ren, Sanwan Liu, Jing Zhou, Haixin Wang, Xin Meng, Zheng Zhang, Xinyu Guan, Wenxi Liang, Pavel A. Troshin, Yabing Qi, Liyuan Han, Wei Chen, Reduction of bulk and surface defects in inverted methylammonium- and bromide-free formamidinium perovskite solar cells, Nature Energy, 2023.

 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41560-023-01288-7

 

本文由NSCD供稿。 ???

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