PCE提升至18.68%!克服准二维钙钛矿太阳能电池电压损失新思路

更新时间:2023-04-26      点击次数:492

科研专栏 / ENLITECH


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作者:北京航空航天大学 张渊课题组

DOI: 10.1002/adfm.202107675


虽然3D 钙钛矿太阳能电池 (perovskite solar cell, PSC) 的功率转换效率 (power conversion efficiency , PCE) 已提高至25.5%,但其稳定性不佳不利于商业化。Ruddlesden-Popper准二维钙钛矿由于具有材料稳定性和可调性的优点,有望成为替代传统3D钙钛矿的候选材料。然而,准二维PSC有高电压损失的问题,导致PCE仍落后于3D PSC。2021年9月Advance Functional Materials (IF 18.808) 刊登了一项来自北京航空航天大学的研究成果,该研究团队通过使用热老化前体溶液 (thermal-aged precursor solution, TAPS) 来减轻准2D PSC中的电压损失。


研究团队使用光焱科技的太阳光模拟器、QE-R量子效率测量系统、FTPS傅里叶转换光电流系统等仪器协助量测,研究结果发现,基于带隙≈1.60 eV的(AA)2MA4Pb5I16 (n=5)准二维钙钛矿吸收体,得到了1.24V创纪录的开路电压并将PCE提升至18.6%


图表解析


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(a)本研究中使用的具有 p-i-n 结构的钙钛矿太阳能电池的料件架构示意图。

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用 FPS 和 TAPS 制备的最佳 (AA)2MA4Pb5I16 太阳能电池的光伏参数。

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藉由阐明料件性能与薄膜质量之间的关系,发现降低非辐射复合损失、ΔVoc、nonrad对于增强Voc和提高PCE至关重要。从机制上讲,使用热老化溶液处理,可以有利地诱导胶体聚集以减少成核位点的数量。最后可以获得具有紧凑形态、优先晶体取向和低陷阱密度的高质量准二维钙钛矿薄膜。另外重要的是,随着薄膜质量的提高,PSC的热稳定性能得到显著改善,这主要归功于由离子迁移引起的银电极腐蚀得到有效的抑制。此研究开辟一条新的加工途径,可实现高效稳定的钙钛矿光伏器件和实际的能量转换应用。


光焱科技量子效率测量系统除了用于太阳能电池的 EQE (External Quantum Efficiency) 光谱分析,同时对于太阳能电池在太阳光模拟器下的短路电流,也提供了 Jsc (short-circuit current density) 的比对,以证明实验的准确性。而太阳光模拟器与 KA-6000 软件,也同时提供了短路电流对时间变化的监控,以证明太阳能电池的稳定性。


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(a) 基于 FPS 和 TAPS 的太阳能电池的辐照强度相关 Voc 特性。(b) 在基于 FPS/TAPS 的太阳能电池上测量的电致发光的 EQE。插图:在正向偏压状态下运行的基于 TAPS 的太阳能电池的 EL 图像。


本文关键词:

准二维钙钛矿太阳能电池、quasi-2D perovskite solar cell、热老化溶液处理、hermal-aged precursor solution、电压损失、voltage loss、太阳光模拟器、Solar Simulator、量子效率、Quantum Efficiency、FTPS、Sun Simulator


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