【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換效率和穩定性。利用溶液后處理形成混合二維/三維異質結構是一種典型的改善鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性的策略。
但是,由于表面重構的組成相依性,傳統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。
研究人員開發了一種通用的三維到二維鈣鈦礦轉化方法,在寬禁帶鈣鈦礦層(1.78 eV)上實現優先生長更高維數(n ≥ 2)的二維結構。
這種技術首先通過蒸氣輔助雙步驟沉積程序沉積一層規則的三維MAPbI3薄層,隨后將其轉化為二維結構。這種二維/三維異質結構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%的光電轉換效率,開路電壓1.32 V。與熱穩定的FAPb0.5Sn0.5I3窄禁帶鈣鈦礦串聯后,全鈣鈦礦串聯太陽能電池達到了28.1%的穩定光電轉換效率,在連續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產品進行量測。
【鈣鈦礦太陽能電池研究取得重大突破】
最近,關于鈣鈦礦太陽能電池的最新研究取得重大突破。研究人員利用創新技術,顯著提高了鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和長期穩定性。
【光致鹵素分離限制效率】
過去研究發現,光照會導致鈣鈦礦材料中的鹵素發生分離,進而限制太陽能電池的效率和穩定性。利用溶液處理優化鈣鈦礦的表面結構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,傳統溶液處理效果并不理想。
【開發通用轉化技術】
為解決這一難題,研究團隊開發出一種將三維鈣鈦礦轉化為二維結構的通用技術。他們先在鈣鈦礦表面沉積規則的三維薄層,再將其轉化為二維結構。這種二維/三維異質結構有效抑制了光致鹵素分離。
【效率和穩定性大幅提升】
應用此項技術,寬禁帶鈣鈦礦太陽電池的光電轉換效率達到19.6%,開路電壓1.32V,均創新高。與其他鈣鈦礦材料串聯后,全鈣鈦礦串聯太陽電池效率可達28.1%,并展現出優異的長期穩定性。
【研究開創新局面】
該研究結果發表于頂級學術期刊。研究人員表示,這項通用轉化技術為寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池的發展開創了新局面,有望大幅推動鈣鈦礦太陽能電池的商業化進程。相信該研究成果將為可再生能源的進一步發展提供重要支撐。
a、b 在a開路和b短路條件下用于研究Cs0.2FA0.8Pb(I0.6Br0.4)3光伏電池光穩定性的器件結構。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。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 在室內環境下,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 在室內空氣環境下,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和詳細參數演化。誤差條代表從五個器件測量的PCE的標準偏差。
