南京大學(xué)譚海仁團(tuán)隊(duì) -寬禁帶鈣鈦礦太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率至19.6%

【重點(diǎn)啇要】

1. 光致鹵素分離會(huì)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。

2. 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(duì)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。

3. 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(shí)現(xiàn)優(yōu)先生長更高維數(shù)(n ≥ 2)的二維結(jié)構(gòu)。

4. 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(jìn)了荷電子提取。

5. 寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池達(dá)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(dá)到了28.1%的穩(wěn)定光電轉(zhuǎn)換效率,在連續(xù)855小時(shí)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(jìn)行量測(cè)。

【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(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦材料中的鹵素發(fā)生分離,進(jìn)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(duì)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(tuán)隊(duì)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(xiàng)技術(shù),寬禁帶鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)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(dá)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(jí)學(xué)術(shù)期刊。研究人員表示,這項(xiàng)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(dòng)鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化進(jìn)程。相信該研究成果將為可再生能源的進(jìn)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(diǎn)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(duì)齊示意圖。CBM導(dǎo)帶極小,VBM價(jià)帶極大,EF,N電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí),EF,P空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。

a 控制組、標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shì)器件的_J–V_ 曲線。d 控制組、標(biāo)準(zhǔn)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(cè)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(xì)參數(shù)演化。誤差條代表從五個(gè)器件測(cè)量的PCE的標(biāo)準(zhǔn)偏差。