【重點啇要】
光致鹵素分離會限制寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。利用溶液后處理形成混合二維/三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)是一種典型的改善鈣鈦礦太陽能電池效率和穩(wěn)定性的策略。
但是,由于表面重構(gòu)的組成相依性,傳統(tǒng)的溶液后處理對于缺乏甲銨和富集銫/溴的寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池來說并不適用。
研究人員開發(fā)了一種通用的三維到二維鈣鈦礦轉(zhuǎn)化方法,在寬禁帶鈣鈦礦層(1.78 eV)上實現(xiàn)優(yōu)先生長更高維數(shù)(n ≥ 2)的二維結(jié)構(gòu)。
這種技術(shù)首先通過蒸氣輔助雙步驟沉積程序沉積一層規(guī)則的三維MAPbI3薄層,隨后將其轉(zhuǎn)化為二維結(jié)構(gòu)。這種二維/三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)抑制了光致鹵素分離,減少了非輻射界面重組,并促進了荷電子提取。
寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池達到了19.6%的光電轉(zhuǎn)換效率,開路電壓1.32 V。與熱穩(wěn)定的FAPb0.5Sn0.5I3窄禁帶鈣鈦礦串聯(lián)后,全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池達到了28.1%的穩(wěn)定光電轉(zhuǎn)換效率,在連續(xù)855小時1太陽光照射下,保持了90%的初始性能。
本研究采用Enlitech產(chǎn)品進行量測。
【鈣鈦礦太陽能電池研究取得重大突破】
最近,關(guān)于鈣鈦礦太陽能電池的最新研究取得重大突破。研究人員利用創(chuàng)新技術(shù),顯著提高了鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和長期穩(wěn)定性。
【光致鹵素分離限制效率】
過去研究發(fā)現(xiàn),光照會導(dǎo)致鈣鈦礦材料中的鹵素發(fā)生分離,進而限制太陽能電池的效率和穩(wěn)定性。利用溶液處理優(yōu)化鈣鈦礦的表面結(jié)構(gòu)是提升電池性能的常用方法。但是對于某些組分的鈣鈦礦材料而言,傳統(tǒng)溶液處理效果并不理想。
【開發(fā)通用轉(zhuǎn)化技術(shù)】
為解決這一難題,研究團隊開發(fā)出一種將三維鈣鈦礦轉(zhuǎn)化為二維結(jié)構(gòu)的通用技術(shù)。他們先在鈣鈦礦表面沉積規(guī)則的三維薄層,再將其轉(zhuǎn)化為二維結(jié)構(gòu)。這種二維/三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)有效抑制了光致鹵素分離。
【效率和穩(wěn)定性大幅提升】
應(yīng)用此項技術(shù),寬禁帶鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率達到19.6%,開路電壓1.32V,均創(chuàng)新高。與其他鈣鈦礦材料串聯(lián)后,全鈣鈦礦串聯(lián)太陽電池效率可達28.1%,并展現(xiàn)出優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。
【研究開創(chuàng)新局面】
該研究結(jié)果發(fā)表于頂級學術(shù)期刊。研究人員表示,這項通用轉(zhuǎn)化技術(shù)為寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展開創(chuàng)了新局面,有望大幅推動鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化進程。相信該研究成果將為可再生能源的進一步發(fā)展提供重要支撐。
a、b 在a開路和b短路條件下用于研究Cs0.2FA0.8Pb(I0.6Br0.4)3光伏電池光穩(wěn)定性的器件結(jié)構(gòu)。c、d 在c開路和d最大功率點跟蹤條件下照明WBG器件的 J–V 曲線演化。e、f 在e開路和f短路條件下照明光伏電池的PL光譜。樣品在532 nm激光器照射10 min下激發(fā)。插圖顯示了在開路和短路條件下照明器件的能帶對齊示意圖。CBM導(dǎo)帶極小,VBM價帶極大,EF,N電子準費米能級,EF,P空穴準費米能級。
a 控制組、標準二維和VAQ-2D處理后的Cs0.2FA0.8Pb(I0.6Br0.4)3器件的_J–V_曲線。b VAQ-2D處理器件的PCE分布。c 標準二維或類二維傳遞的WBG器件的EQE曲線。不同帶隙的VAQ-2D優(yōu)勢器件的_J–V_ 曲線。d 控制組、標準二維和VAQ-2D處理后的DMA0.1Cs0.4FA0.5Pb(I0.72Br0.24Cl0.04)3器件的_J–V_曲線。e 在室內(nèi)環(huán)境下,在全光譜照明(AM 1.5 G,100 mW cm?2)下,封裝的控制組和VAQ-2D器件的MPP跟蹤測量。f、g 在室內(nèi)空氣環(huán)境下,在全光譜照明(AM 1.5 G,100 mW cm?2)下開路條件封裝的控制組和VAQ-2D器件的PCE和詳細參數(shù)演化。誤差條代表從五個器件測量的PCE的標準偏差。
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