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強強聯(lián)手三校聯(lián)合-大面積器件效率提升至 20.01%!

發(fā)表時間:2024/6/17 17:12:18

鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因其優(yōu)異的光電轉換效率和低成本制備,在過去十年間引發(fā)了廣泛的研究熱潮,并被認為是最有潛力替代傳統(tǒng)硅太陽能電池的下一代光伏技術之一。 近年來,PSCs 的效率不斷提升,并在 NREL 的效率認證數(shù)據(jù)中屢創(chuàng)新高。

嘉興大學李在房教授團隊聯(lián)合杭州電子科技大學嚴文生教授和瑞典林雪平大學高鋒教授,近期取得重大突破,成功開發(fā)了一種新的表面后處理策略,采用乙基硫代乙酸酯(ET)作為配體分子,有效調控了鈣鈦礦薄膜的性質,提高了器件的效率和穩(wěn)定性。 這項研究成果發(fā)表在國際著名期刊《Advanced Functional Materials》上。


鈣鈦礦太陽能電池效率提升的挑戰(zhàn)

鈣鈦礦材料作為夾層式鈣鈦礦太陽能電池 (PSCs) 的核心,其質量對于器件的進一步發(fā)展至關重要。然而,由于鈣鈦礦層中存在不利缺陷以及不可控的結晶過程,鈣鈦礦太陽能電池的效率提升面臨著巨大挑戰(zhàn)。

乙基硫代乙醇酸酯(ET):多功能表面調控的利器

團隊創(chuàng)新地將乙基硫代乙酸酯(ET)作為配體分子,應用于鈣鈦礦薄膜的表面后處理。ET 的引入,可以有效地實現(xiàn)鈣鈦礦薄膜的多功能調控:

l降低表面能,促進晶粒生長: ET 可以降低鈣鈦礦晶面的表面能,誘導晶粒的二次生長,最終形成結晶性更高、缺陷密度更低的薄膜,提升器件的穩(wěn)定性和效率。

l缺陷鈍化: ET 分子中的羰基和硫醇基團可以與 Pb2+ 離子發(fā)生配位,形成雙齒錨定,有效地鈍化了鈣鈦礦表面的缺陷。

l優(yōu)化鈣鈦礦/ET/C60 界面電荷傳輸: ET 的引入,可以改善鈣鈦礦層與電子傳輸層 (ETL) 之間的能級匹配,從而提高電荷傳輸效率。

l增強光電轉換效率: 作為鈣鈦礦材料中的添加劑,有助于優(yōu)化鈣鈦礦層的結晶質量,從而提高光電轉換效率。

l降低製造成本:可以簡化製造工藝,降低製造成本,使大規(guī)模生產更具經濟性。

創(chuàng)新策略突破性的成果

l基于 FA0.85Cs0.15Pb(I0.95Br0.05)3 FA0.9MA0.05Cs0.05Pb(I0.95Br0.05)3 PSCs 效率分別提高到 22.42% 23.56% (經認證為 23.29%)

l采用 FA0.85Cs0.15Pb(I0.95Br0.05)3 制備的大面積器件 (1.03 cm2) 實現(xiàn)了 20.01% 的能量轉換效率。

lET 表現(xiàn)出有效的 I2 PbI2 管理能力,有效地抑制了器件的加速降解和鉛泄漏。

lET 的多重作用,使器件在 800 小時的環(huán)境穩(wěn)定性測試和 1500 小時的熱穩(wěn)定性測試中表現(xiàn)出顯著的提升,在熱穩(wěn)定性測試中,器件仍保持其初始效率的 80.4%。

參數(shù)圖


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Fig S1.展示了近年來報道的 FACs 基反式鈣鈦礦太陽能電池 PSCs 的效率。


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Fig S11. 太陽光模擬器用于測試不同條件下制備的 PSCs J-V 特性,并計算其 PCE、VOC FF,展示了不同器件的性能參數(shù)?;?/span> FACs PSCs,器件面積為 (a) 0.0975 cm2、(b) 1.03 cm2 J-V 曲線、Voc、Jsc FF 的統(tǒng)計分布。 (c) 基于 FAMACs PSCs,器件面積為 0.0975 cm2 J-V 曲線、Voc、Jsc FF 的統(tǒng)計分布。


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Fig S13. (a) (b) 太陽光模擬器用于測試器件的 J-V 特性,并觀察其輸出功率; (c) 量子效率測試系統(tǒng)用于測量器件的 EQE,評估其在不同波長光照下的光電轉換能力。

本參數(shù)采用光焱科技QE-R 光伏 / 太陽能電池量子效率測量解決方案及SS-X 系列AM1.5G 標準光譜太陽光模擬器


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原文出處: advanced functional materials

推薦設備_

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AM1.5G 標準光譜太陽光模擬器

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