Nature:表面反应制备高效稳定倒置钙钛矿太阳能电池

NSCD 2年前 (2022-09-24) 2356浏览

  • 【导读】

基于钙钛矿的太阳能电池结构简单，材料成本低，制备工艺流程短。分析表明，在1GW发电装机容量下，钙钛矿太阳能电池所需投资仅为单晶硅太阳能电池的一半。倒置钙钛矿太阳能电池（p-i-n）具有优异的运行稳定性，可低温加工性和容易大面积制备等优势，是真正实现钙钛矿太阳能电池潜力的最佳选择。然而，相比正置钙钛矿太阳能电池（n-i-p）, 倒置太阳能电池的光电转换效率仍然较低，是阻碍其商业化进程的最大瓶颈。

  • 【成果掠影】

近日，托莱多大学的Yan Yanfa和美国国家可再生能源实验室Zhu Kai团队在Nature合作发表了新的研究论文，通过采用有机小分子3-(Aminomethyl)pyridine (3-AP)对倒置钙钛矿太阳能电池进行表面处理，获得了认证效率25%以上的倒置太阳能电池。有机分子3-AP可以和钙钛矿表面的FA+离子反应构建出更加光滑的表面从而减小表面电势的波动并有助于提升钙钛矿和电子传输层 (ETL) 的结合。同时，表面反应所生成的产物降低了钙钛矿表面I离子空位的形成能，实现了n型掺杂，随之产生的内建势场造成能带弯曲，利于电子的抽取并可以抑制电子-空穴复合。采用该策略处理后的倒置太阳能电池认证效率（PCE）超过25%。在相同工作条件下，与未经表面处理的器件相比，经3-AP处理后的器件表现出更加优异的稳定性。

相关研究文章以“Surface reaction for efficient and stable inverted perovskite solar cells”为题发表在Nature上。

  • 【核心创新点】

通过加入3-AP分子可以有效降低钙钛矿表面的粗糙度，降低I离子空位的形成能，形成n型掺杂，实现表面能带弯曲，提升对电子的抽取能力。

  • 【数据概览】

图1 表面反应过程，表面形貌和电势 ©2022 Springer Nature

图2 表面化学和能量 ©2022 Springer Nature

图3 光电性能测试 ©2022 Springer Nature

图4 器件表征 ©2022 Springer Nature

  • 【成果启示】

综上，利用有机分子调控钙钛矿表面形貌和能带结构是获得高性能倒置钙钛矿太阳能电池的重要手段，是进一步推动钙钛矿太阳能电池商业化的新策略。

 

文章链接：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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