减少缺陷,提升性能,中科院福建物构研究所太阳能电池获进展

  • 2021年02月05日
  • 作者: 高鹏课题组

    高鹏课题组

    高鹏课题组,中科院福建

    中科院福建

双钝化处理前后器件的效率随时间变化曲线和超氧离子产生速率(内嵌图:器件和分子结构示意图)

双钝化处理前后器件的效率随时间变化曲线和超氧离子产生速率(内嵌图:器件和分子结构示意图)

近几年来,新兴的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池 (PSCs) 发展较快,在短短十年里其光电转化效率(PCE)从3.8%发展到目前25.5%的认证效率,被视为最具有应用潜力的新型高效率太阳能电池之一。尽管有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已与多晶硅薄膜电池相媲美,但是电池的长期稳定性远未达到商业化要求。一般来说,商业太阳能电池必须能够在户外环境中连续运行近25年,才能占据市场优势。众所周知,由于钙钛矿对水分和氧气的高反应性,钙钛矿的降解通常是从存在于表面或晶界处 (GBs) 的缺陷开始的。尽管钙钛矿太阳能电池的功率转换效率得到了飞速发展,但多晶钙钛矿薄膜缺陷的钝化仍然是该领域的热点问题。普遍存在的缺陷会导致非辐射复合和钙钛矿分解。已有研究结果表明,钙钛矿界面缺陷诱导的电子陷阱态加剧了开路电压 (VOC) 损失。此外,钙钛矿中缺陷空位的存在还可以导致超氧离子 (O2-) 的形成,这将触发钙钛矿的级联光降解反应,最终造成电池性能和稳定性的严重劣化。 

近日,中国科学院福建物质结构研究所研究员高鹏课题组以典型的n-i-p型PSCs为研究对象,报道了一个全面的双钝化(DP)策略有效地钝化钙钛矿表面和GBs缺陷,从而提高器件的性能和稳定性。通过在薄膜形成的两个不同阶段引入功能性氟化分子,探索了一种减少多晶钙钛矿薄膜缺陷的方法。基于DP策略的PSCs通过有效抑制钙钛矿表面和GBs缺陷的形成,同时提高器件性能和稳定性。新的DP策略通过缺陷钝化延长了载流子寿命,抑制了非辐射复合损失,从而将VOC从1.10V提高到1.18V,对应的VOC亏损为0.39V。在最优条件下,研究人员实现了23.80%的稳定PCE。研究发现,除了DP策略提供的优异的耐热和耐湿性能外,空位型缺陷(如碘空位)的有效钝化成功地抑制了O2-的生成。该研究为提高钙钛矿材料的热、湿、氧稳定性提供了新思路,并有助于开发新的钝化方法。

相关工作发表在Angewandte Chemie International Edition上。

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