研究新进展:间隔阳离子提升钙钛矿电池转换效率!

  • 2022年06月18日
  • 作者: Selina Shi

    Selina Shi

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  • 翻译: Selina Shi

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图片来源:网络

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示意图:a)器件结构 b)表面掺入GuaBr、OABr及其混合物

示意图:a)器件结构 b)表面掺入GuaBr、OABr及其混合物

a) ssPL光谱和b)控制和钝化钙钛矿薄膜的TRPL,以及c)控制、d) G,e) O和f) 1G- 1O-钝化钙钛矿薄膜的PL图像。

a) ssPL光谱和b)控制和钝化钙钛矿薄膜的TRPL,以及c)控制、d) G,e) O和f) 1G- 1O-钝化钙钛矿薄膜的PL图像。

在一项专注提升钙钛矿太阳能电池(PSC)功率转换效率(PCE)的新研究中,材料科学家研究了PSC中的无辐射性重组位点,这是导致电压损失的主要原因之一,电压损失会使电池效率下降。

实验的重心是通过将GuaBr(溴化胍)和OABr(正辛基溴化铵)的混合阳离子渗透到钙钛矿体中,使钙钛矿吸收层和电荷传输层(CTL)之间的界面钝化。

该研究发表在《先进能源材料》科学杂志上。

科学家们得出的结论是,在短路电流密度、功率转换效率和稳定性方面,混合了OABr和GuaBr的表面处理钙钛矿太阳能电池优于单一间隔阳离子电池。

研究小组发现,大型烷基铵阳离子(间隔阳离子)具有更好的疏水性,这会产生高效钝化作用,同时增强PSC的稳定性。

实验针对的是因重组引起的电压损失,重组可在PSC中通过钙钛矿本体、钙钛矿/ETL或HTL接口以及ETL和HTL之间的分流路径发生。科学家们利用维度工程力学原理,将大块有机阳离子纳入到PSC中,形成低维柱状(1D)或层状(2D)晶体结构。

科学家们研究了1D和2D或2D和3D钙钛矿结构的混合物,这些结构可以提高PSC装置的稳定性和效率。他们发现,通过沉积3D钙钛矿光活性层和1D/3D间隔阳离子的异丙醇或氯仿溶液,可以获得具有1D/2D覆盖层的界面钝化。

团队观察了一些近期实验,科学家们使用单间隔阳离子(OABr)取得的转换效率为23.38%,但设备稳定性较差。研究显示,将GuaBr阳离子做为钙钛矿和HTL之间的表面钝化层可以提升PSC装置的稳定性。

胍阳离子的体积较小并可提供整体钝化,使胍离子更容易渗透到钙钛矿体中。这一化合物定位在晶界处,在那里它与低配位的碘形成氢键,从而抑制电荷重组,最终防止了PSC装置中的电流损失。

科学家们随后在四种条件下制造了PSC,包括在HTL/钙钛矿界面上的无钝化对照样品,在HTL侧的各种钝化层条件,这些钝化层分别包含了GuaBr和OABr以及两者的混合物。

GuaBr和OABr成分之间的比例以三种不同的体积比进行了优化:1:1,(1G-1O);1:2,(1G-2O)以及2:1,(2G-1O)。

ARC激子科学卓越中心的另一项研究最近在太阳能玻璃中实现了15.5%和4.1%的PCE。其中,由钙钛矿材料制成的半导体太阳能电池原型各不相同。这种太阳能玻璃的可见光穿透率分别为20.7%和52.4%,可用于高层建筑的窗户。

加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院的材料科学家和其他五个学院的研究人员最近展示了制造钙钛矿太阳能电池时的简单表面调整,这是为了克服因长期暴露在阳光下导致的电池衰减。

(责任编辑:Selina Shi)

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