鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因其優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)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(rèn)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(shù)之一。 近年來,PSCs 的效率不斷提升,并在 NREL 的效率認(rèn)證數(shù)據(jù)中屢創(chuàng)新高。
嘉興大學(xué)李在房教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合杭州電子科技大學(xué)嚴(yán)文生教授和瑞典林雪平大學(xué)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(diào)控了鈣鈦礦薄膜的性質(zhì),提高了器件的效率和穩(wěn)定性。 這項(xiàng)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(zhì)量對于器件的進(jìn)一步發(fā)展至關(guān)重要。然而,由于鈣鈦礦層中存在不利缺陷以及不可控的結(jié)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(diào)控的利器
團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地將乙基硫代乙酸酯(ET)作為配體分子,應(yīng)用于鈣鈦礦薄膜的表面后處理。ET 的引入,可以有效地實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦薄膜的多功能調(diào)控:
l降低表面能,促進(jìn)晶粒生長: ET 可以降低鈣鈦礦晶面的表面能,誘導(dǎo)晶粒的二次生長,最終形成結(jié)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(tuán)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(qiáng)光電轉(zhuǎn)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(jié)晶質(zhì)量,從而提高光電轉(zhuǎn)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(chǎn)更具經(jīng)濟(jì)性。
創(chuàng)新策略突破性的成果
l基于 FA0.85Cs0.15Pb(I0.95Br0.05)3 和 FA0.9MA0.05Cs0.05Pb(I0.95Br0.05)3 的 PSCs 效率分別提高到 22.42% 和 23.56% (經(jīng)認(rèn)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(shí)現(xiàn)了 20.01% 的能量轉(zhuǎn)換效率。
lET 表現(xiàn)出有效的 I2 和 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(shí)的環(huán)境穩(wěn)定性測試和 1500 小時(shí)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
Fig S1.展示了近年來報(bào)道的 FACs 基反式鈣鈦礦太陽能電池 PSCs 的效率。
Fig S11. 太陽光模擬器用于測試不同條件下制備的 PSCs 的 J-V 特性,并計(jì)算其 PCE、VOC 和 FF,展示了不同器件的性能參數(shù)?;?/span> FACs 的 PSCs,器件面積為 (a) 0.0975 cm2、(b) 1.03 cm2 的 J-V 曲線、Voc、Jsc 和 FF 的統(tǒng)計(jì)分布。 (c) 基于 FAMACs 的 PSCs,器件面積為 0.0975 cm2 的 J-V 曲線、Voc、Jsc 和 FF 的統(tǒng)計(jì)分布。
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(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)光譜太陽光模擬器
原文出處: advanced functional materials
推薦設(shè)備_
1. QE-R_光伏 / 太陽能電池量子效率測量解決方案
具有以下特色優(yōu)勢:
l高精度: QE-R 系統(tǒng)采用高精度光譜儀和校準(zhǔn)光源,確保 EQE 測量的準(zhǔn)確性和可靠性。
l寬光譜范圍: QE-R 系統(tǒng)的光譜范圍覆蓋紫外到近紅外區(qū)域,適用于各種光伏材料和器件的 EQE 測量。
l快速測量: QE-R 系統(tǒng)具有快速掃描和數(shù)據(jù)采集功能,能夠高效地進(jìn)行 EQE 光譜測量。
l易于操作: QE-R 系統(tǒng)軟件界面友好,操作簡單方便,即使是初學(xué)者也能輕松上手。
l多功能: QE-R 系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行 EQE 測量,還可以進(jìn)行反射率、透射率等光學(xué)特性的測量,具有多功能性。
2. SS-X系列集成式解決方案 _AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜太陽光模擬器+ 軟件: IVS-KA6000 + IVS-KA-Viewer
AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜太陽光模擬器
lA+ 光譜:接近 AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜
lA+ 輻照度的時(shí)間不穩(wěn)定性
lSS-IRIS:自主研發(fā)技術(shù)自動光強(qiáng)操控
l適合與手套箱集成的輸出光束方向
IVS-KA6000:IV測量軟件 所有 SS-X 系列太陽光模擬器都可以通過 IVS-KA6000 軟件進(jìn)行控制,該軟件是 IV 測量軟件,可用于準(zhǔn)確的 PV 表征。不僅是光閘,輸出光輻照度也可以通過 IVS-KA6000 IV 軟件進(jìn)行操控,幫助用戶輕松完成不同光強(qiáng)下復(fù)雜的 IV 測試或 Sun- Voc測試。來自 IVS-KA6000 的所有 IV 數(shù)據(jù)都可以通過 IVS-KA-Viewer 讀取和分析,這是另一款多功能分析軟件。
KA-Viewer IV 分析軟件 可以大幅縮短用戶的數(shù)據(jù)處理時(shí)間,并可加快整體工藝改進(jìn)研發(fā)的時(shí)程。