钙钛矿太阳能电池最新Science: Eu3+-Eu2+离子使Pb-I钙钛矿太阳能电池具有操作耐久性


引言

设备寿命和功率转换效率(PCE)是决定太阳能电池产生的最终成本的关键因素。钙钛矿太阳能电池(PSC)的PCE在过去几年内迅速达到23.7%,与多晶硅和Cu(In, Ga)Se2太阳能电池相当。但钙钛矿太阳能电池在运行条件下设备稳定性差,使得钙钛矿光伏电池在商业应用中受到了很大的限制。通常,商业太阳能电池的寿命为20至25年,PCE下降不到10%,相当于每年平均降解率约为0.5%。与那些无机光伏材料(例如硅(IV族)和CIGS(I-III-VI族))相比,元素或组分在有机-无机卤化物钙钛矿材料中大多数是十分极化的,例如I-,甲基铵(MA+)和Pb2+。它们容易构建一种易于变形的软晶格,易受各种老化应力的影响,如氧气,湿气和紫外线(UV),可以通过封装,界面改性和UV过滤等方法延长器件寿命。

成果简介

北京大学的严纯华,周欢萍和孙聆东(共同通讯作者)等人合作发表文章。作者发现,铕离子对Eu3+-Eu2+可充当“氧化还原穿梭”,其在周期性的转变中同时氧化Pb0并还原I0。所制备的器件实现了21.52%的功率转换效率(PCE),并且具有显着改善的长期耐久性。在最大功率点跟踪500小时后,这些装置在1-sun连续照明下保持92%和89%的峰值PCE,或者在85℃下加热1500小时和91%的原始稳定PCE。2019年1月18日,该成果以题为”A Eu3+-Eu2+ ion redox shuttle imparts operational durability to Pb-I perovskite solar cells”发表在Science上。

【图文导读】

Figure 1.Eu3+-Eu2+离子对在溶液态和薄膜态增加Pb0I0Pb2+I-的转化率

Figure 2.掺入1% M(acac)3 (M= Eu3+, Y3+, Fe3+)的钙钛矿薄膜的高分辨XPS

Figure 3.Eu3+掺杂钙钛矿薄膜的形貌,取向,电子结构,载流子行为以及DFT计算结果

4.钙钛矿太阳能电池的长期稳定性和原始性能演变

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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