科學(xué)家制備出效率超過(guò)25.6%的穩定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
來(lái)源: | 作者:chemical-101 | 發(fā)布時(shí)間: 2024-05-17 | 1168 次瀏覽 | 分享到:
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)因優(yōu)異的光電性能等特點(diǎn),在新一代光伏發(fā)電領(lǐng)域頗有應用前景,已實(shí)現26%以上的光電轉換效率。然而,有機-無(wú)機雜化鈣鈦礦的結晶過(guò)程較為復雜。中間相的參與,如混合溶劑相和δ相,使得制備出均勻和高結晶度的鈣鈦礦膜具有挑戰性,并導致晶格畸變、隨機取向和俘獲中心產(chǎn)生。結晶調控被證明是提高鈣鈦礦薄膜質(zhì)量和器件性能的有效方法。鈣鈦礦的結晶過(guò)程通常從Pb-I骨架開(kāi)始,在前體溶液中形成納米級成核中心。因此,結晶調控的方法主要在將添加劑材料引入鈣鈦礦前體,以改性Pb-I結構,從而更好地控制后續結晶。除了配位誘導的結晶控制之外,界面和晶界處缺陷的鈍化也是增強PSCs光電性能和穩定性的方法之一。此外,平面外取向的鈣鈦礦光學(xué)活性相表現出比隨機取向更強的載流子傳輸傾向。探討鈣鈦礦的結晶過(guò)程和調控方法,有望加速實(shí)際應用。

     

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)因優(yōu)異的光電性能等特點(diǎn),在新一代光伏發(fā)電領(lǐng)域頗有應用前景,已實(shí)現26%以上的光電轉換效率。然而,有機-無(wú)機雜化鈣鈦礦的結晶過(guò)程較為復雜。中間相的參與,如混合溶劑相和δ相,使得制備出均勻和高結晶度的鈣鈦礦膜具有挑戰性,并導致晶格畸變、隨機取向和俘獲中心產(chǎn)生。結晶調控被證明是提高鈣鈦礦薄膜質(zhì)量和器件性能的有效方法。鈣鈦礦的結晶過(guò)程通常從Pb-I骨架開(kāi)始,在前體溶液中形成納米級成核中心。因此,結晶調控的方法主要在將添加劑材料引入鈣鈦礦前體,以改性Pb-I結構,從而更好地控制后續結晶。除了配位誘導的結晶控制之外,界面和晶界處缺陷的鈍化也是增強PSCs光電性能和穩定性的方法之一。此外,平面外取向的鈣鈦礦光學(xué)活性相表現出比隨機取向更強的載流子傳輸傾向。探討鈣鈦礦的結晶過(guò)程和調控方法,有望加速實(shí)際應用。

中國科學(xué)院大學(xué)、中國科學(xué)院高能物理研究所和清華大學(xué)組成的研究團隊,開(kāi)發(fā)了多功能有機分子——乙內酰脲(Hydantoin),用于調節鈣鈦礦薄膜結晶。研究發(fā)現,Hydantoin多種官能團對鈣鈦礦前驅體的協(xié)同作用,抑制了溶劑中間相及δ相鈣鈦礦的生成,形成了鈣鈦礦光學(xué)活性相具有高結晶度且集中out-of-plane取向的鈣鈦礦膜,并抑制了多種缺陷以及載流子非輻射復合?;贖ydantoin輔助結晶制備出光電轉換效率超過(guò)25.66%(經(jīng)認證為25.15%)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,具有良好的環(huán)境穩定性。在標準測量條件下的最大功率點(diǎn)輸出1600小時(shí),鈣鈦礦太陽(yáng)能電池仍保持初始效率的96.8%,并表現出優(yōu)異的離子遷移抑制效果。該研究對鈣鈦礦結晶和空間取向的協(xié)同調節,為推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展提供了新途徑。

相關(guān)研究成果以Realizing Stable Perovskite Solar Cells with Efficiency Exceeding 25.6% Through Crystallization Kinetics and Spatial Orientation Regulation為題,發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等的支持。