Nature:突破障碍 - 在甲胺掺杂的倒钙钛矿太阳能电池中达成25.86%的效率

更新时间:2023-06-15      点击次数:485

  1. 分子掺杂工艺: 研究人员引入了一种使用二甲基胺基掺杂剂的分子掺杂工艺,该工艺能够创建一个与p-钙钛矿/ITO接触良好且能够钝化晶界的结构。这种创新工艺提高了钙钛矿太阳能电池的功率转换效率(PCE),实现了经认证的25.39%的PCE,这是对钙钛矿太阳能电池现有标准的改进。

  2. 分子挤压技术: 该工艺采用了一种“分子挤压"方法,在甲苯淬灭结晶过程中将分子从前驱体溶液排出到晶界和薄膜底部。这种技术导致了钙钛矿薄膜的p-掺杂,有助于提高器件的效率。

  3. 长寿命和高效率: 器件在逆向扫描时实现了25.86%的效率,并表现出稳定性,即使经过1000小时的光老化,仍能保持96.6%的初始效率。这表明钙钛矿太阳能电池在性能和可靠性方面取得了显著的进步。


在不断发展的光伏领域中,更有效、可持续地利用太阳能的追求是一项不懈的努力。科学家已经探索了许多途径来提高太阳能电池的效率,其中钙钛矿太阳能电池因其性能潜力和经济制造能力的结合而一直脱颖而出。今天,我们将聚焦于一支南方科技大学何祝兵团队率领杰出的研究团队所取得的重大突破,他们实现了钙钛矿太阳能电池效率的深度提高,这标志着我们共同追求更可持续和能效的未来的重要一步。


这项开创性的研究提出了一种与传统方法有着根本不同的新型分子掺杂工艺,使用了一种二甲基氨基基团的掺杂剂。这种掺杂剂巧妙地用于形成和谐的p-钙钛矿/ITO接触,并精确地去除晶界缺陷,推动了钙钛矿太阳能电池功率转换效率(PCE)的大幅提升。研究团队创造出了一个惊人的世界纪录,即25.39%的认证PCE,为该行业设定了新的标准和潜力。


为了达到这个非凡的成就,研究人员提出了一种被称为“分子挤压"的巧妙技术。这种创新策略迫使前体溶液中的分子在甲苯淬火晶化过程中重新分布到晶界和薄膜底部。因此,这导致了钙钛矿薄膜的p型掺杂,这是实现设备效率显著提高的关键。这种工艺因此标志着一种基础性的突破,从根本上改变了可再生能源范式。


然而,这项研究的胜利不仅仅局限于效率领域。该团队的设备不仅在反向扫描中展示了25.86%的PCE,超越了以往的阈值,而且表现出了稳定性,在经过1000小时的光老化后仍保持了96.6%的初始效率。这项成就解决了钙钛矿太阳能电池技术中的一个主要挑战——效率和稳定性之间的平衡,并为未来旨在优化这两个重要方面的研究提供了有价值的基础。


在这项开创性研究的核心是Enlitech的QE-R精密测量设备的精确利用。这种先进的设备为团队提供了准确的读数,使他们能够仔细评估他们的新方法的结果。选择Enlitech的QE-R设备,这种以精度和可靠性闻名的设备,强调了顶级资源在实现突破性成果中的重要性。

此外,研究人员深入探究了p-钙钛矿/ITO界面的复杂能带对齐。通过应用紫外光电子能谱(UPS),他们阐明了促进空穴提取的带弯曲现象,这是实现高性能太阳能电池的关键过程。实验揭示了二甲基氨基基团掺杂剂以及与铅离子形成的分子复合物修改ITO基板的功函数,从而获得了有利于高效空穴提取的能带对齐。


除了提高效率和稳定性外,研究团队还解决了钙钛矿太阳能电池中常见的滞后效应挑战。通过采用分子挤压技术和精确的掺杂工程,他们显著降低了滞后效应,从而使设备性能更加可靠和可重复。这一突破为实际应用和商业化钙钛矿太阳能电池提供了巨大的潜力,因为它解决了阻碍其广泛应用的主要障碍之一。


此外,研究团队对电荷载流子动力学的详尽研究揭示了他们的钙钛矿太阳能电池性能异常出色的机制。通过各种分析技术,包括电荷密度差和Bader电荷分析,他们揭示了钙钛矿薄膜内电荷的重新分布,这归功于有效的分子掺杂策略。这种重新分布导致了提高空穴提取效率和提高整体设备性能的效果。


总之,这项开创性的研究代表了钙钛矿太阳能电池领域的重大进展,实现了25.39%的创纪录效率和稳定性。分子掺杂工艺结合创新的分子挤压技术为实现对设备性能和稳定性控制铺平了道路。Enlitech的QE-R精密测量设备的利用对于准确评估制造的设备的光电性质起到了至关重要的作用。这一非凡成就将我们更接近实现钙钛矿太阳能电池的全部潜力,推动我们迈向由清洁、可再生能源驱动的未来。

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