华中科大Nature Energy: 添加剂助力提升钙钛矿太阳能电池性能

NSCD 10个月前 (07-21) 1627浏览

  • 【导读】

倒置钙钛矿太阳能电池（p-i-n）吸引了广泛的关注。这是因为倒置钙钛矿太阳能电池相比正置钙钛矿太阳能电池（n-i-p）兼具易于加工、方便大规模制备和优秀的运行稳定性等优点，是真正实现钙钛矿太阳能电池应用潜力的不二之选。然而，目前倒置太阳能电池的光电转换效率仍然较低，难以满足商业应用。降低倒置钙钛矿太阳能电池中体相和界面处的缺陷密度是提升光电转换效率的有效途径。

  • 【成果掠影】

近日，华中科技大学陈炜教授团队在Nature Energy上发表了新的研究论文，利用添加剂成功降低了FA1−xCsxPbI3倒置钙钛矿太阳能电池中的体相和界面处的缺陷，获得了稳定的、光电转换效率高达25.1%的倒置太阳能电池。在本项研究中，作者引入了能够与PbI2形成强配位的路易斯碱二丁基亚砜（DBSO）作为添加剂，获得了能够在反溶剂萃取过程中仍能稳定存在的DBSO-PbI2中间相。该中间相显著降低了钙钛矿薄膜中的残余应力从而降低了体相缺陷浓度。进一步的，作者从多种氟碳(CF3)官能团取代的苯乙基碘化铵(PEAI)分子中筛选出了2CF3-PEAI分子，其可以对钙钛矿薄膜表面提供最佳钝化效果；同时利用该类分子的疏水性提升了钙钛矿薄膜的稳定性。基于此项策略所获得的太阳能电池的效率可达25.1%。进一步的，作者用最大功率点追踪（MPPT）技术对空气（50±5% RH, 50±5 oC）中、在AM1.5G，1sun的等效光强照射下的太阳能电池运行稳定性的表征表明，本项研究中所获得的太阳能电池的效率在1800小时仍能保持初始效率的97.4%。双85条件（85% RH, 85 oC）下的加速老化实验同样证实了本项研究所获的太阳能电池优异的稳定性，1000小时后效率保持率为98.2%。

相关研究文章以“Reduction of bulk and surface defects in inverted methylammonium- and bromide-free formamidinium perovskite solar cells”为题发表在Nature Energy上。

  • 【核心创新点】

利用添加剂成功降低了钙钛矿薄膜的缺陷密度，提高了薄膜的晶体质量，从而获得了具有高光电转换效率的倒置钙钛矿太阳能电池。

  • 【数据概览】

图1. 钙钛矿薄膜晶体生长调控。©2023 Springer Nature

图2. 钙钛矿薄膜质量表征。©2023 Springer Nature

图3. 表面钝化对钙钛矿薄膜的影响。©2023 Springer Nature

图4. 钙钛矿太阳能电池的光伏性能和运行稳定性表征。©2023 Springer Nature

  • 【成果启示】

在近期多篇关于钙钛矿太阳能电池的研究中已经证实了添加剂对于改善钙钛矿太阳能电池性能具有重要作用。因此，开发新型的、具有多种功能（如优化结晶、钝化表面）的添加剂将是未来研究的重点。但同时需要注意的是，添加剂应与低成本制备大面积钙钛矿电池的工艺相兼容。

 

原文详情：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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