AFM. 华中科大韩宏伟与港中大路新慧团队 p-MPSCs优化研究

更新时间:2024-05-30      点击次数:153

AFM. 华中科大韩宏伟与港中大路新慧团队 p-MPSCs优化研究


摘要

可印刷介孔钙钛矿太阳能电池 (p-MPSCs) 由于其简单且经济高效的制备工艺,在实现大规模生产方面展现出巨大潜力。然而,在 p-MPSCs 中,填充在 TiO2 ZrO2 介孔层中的钙钛矿薄膜厚度通常达到 3 μm,这使得钙钛矿的结晶过程比一般的平面薄膜 (0.3–0.5 μm) 更复杂、更具挑战性。为了克服这一挑战,华中科技大学的 Hongwei Han Xinhui Lu 研究团队在 Advanced Functional Materials 期刊上发表了一项研究成果,他们使用一种多功能氟化分子作为添加剂,有效改善了钙钛矿的结晶过程,提升了器件的效率,并增强了其工作稳定性。

本研究推荐使用设备
TPCV
钙钛矿太阳能电池瞬态光电流光电压测试仪

研究背景与核心概念

钙钛矿太阳能电池 (PSCs) 凭借其高效率、低成本和可印刷性等优势,成为最有希望取代传统硅基太阳能电池的下一代光伏技术。近年来,钙钛矿太阳能电池 (PSCs) 的效率不断攀升,已突破 25% 的瓶颈,但其长期稳定性问题仍然是阻碍其商业化应用的关键因素。

可印刷介孔钙钛矿太阳能电池 (p-MPSCs) 由于其简单的制备工艺和可扩展性,在实现大规模生产方面具有显著优势。然而,在 p-MPSCs 中,由于钙钛矿薄膜需要填充在 TiO2 ZrO2 介孔层中,其厚度通常达到 3 μm,这使得钙钛矿的结晶过程比一般的平面薄膜 (0.3–0.5 μm) 更复杂、更具挑战性。

研究方法与主要发现

为了解决 p-MPSCs 中的钙钛矿结晶问题,该研究团队开发了一种多功能氟化分子 (6FDA) 作为添加剂,以改善钙钛矿的结晶过程,提升器件的效率和稳定性。

6FDA 分子具有以下特点:

l缺陷钝化: 6FDA 的羰基可以与钙钛矿中的未配位 Pb2+ 形成强烈的配位作用,从而有效钝化缺陷,降低非辐射复合。

l疏水性: 6FDA 的疏水性可以提高器件的抗水性,增强其长期工作稳定性。

研究人员将 6FDA 添加到钙钛矿前驱体溶液中,并通过一系列表征手段,包括 X 射线衍射 (XRD)、扫描电子显微镜 (SEM)X 射线光电子能谱 (XPS)、稳态/时间分辨光致发光光谱 (PL/TRPL) 等,对钙钛矿薄膜的结构、形貌和光电性能进行了分析。

为了更深入地了解 6FDA 对器件载流子动力学的影响,研究人员还进行了瞬态光电流 (TPC) 和瞬态光电压 (TPV) 测试。TPC 测量可以评估器件中载流子的传输时间,而 TPV 测量可以评估器件的光电压衰减时间,从而进一步了解载流子复合和器件稳定性。

研究结果与讨论

研究结果表明,6FDA 的添加显著提升了 p-MPSCs 的效率和稳定性:

提高器件效率: 添加 6FDA 后,钙钛矿的结晶质量得到改善,薄膜的均匀性和结晶度提高,从而提高了器件的效率。小面积器件 (0.1 cm2) 的功率转换效率 (PCE) 达到 20.15%

增强器件稳定性: 6FDA 的疏水性可以有效地阻止水分和氧气的入侵,提高了器件的工作稳定性。未封装的器件在室温下存放超过 1000 小时后,其 PCE 仍能保持 80% 以上。

研究人员利用稳态 PL 和时间分辨 PL 证实了 6FDA 对钙钛矿薄膜的钝化作用,并通过测试器件的载流子寿命 (TRPL) 和光电压衰减 (TPV) 说明了 6FDA 对载流子复合和器件稳定性的积极影响。TPC 测试结果表明,6FDA 的添加可以有效地缩短载流子的传输时间,提高了器件的载流子传输效率。TPV 测试结果显示,添加 6FDA 后,器件的光电压衰减时间延长,说明了 6FDA 可以有效抑制载流子的复合,从而提高器件的稳定性。

结论与展望

该研究开发了一种多功能氟化分子作为添加剂,有效改善了 p-MPSCs 中钙钛矿的结晶过程,并显著提升了器件的效率和稳定性。这项研究为制备高效稳定的 p-MPSCs 提供了新的策略,并为 PSCs 的大规模产业化应用奠定了坚实的基础。

未来,可以通过进一步优化添加剂的结构和性质,以及结合其他界面工程策略,进一步提升 p-MPSCs 的性能,推动其在光伏领域的应用。


本文參數圖:

AFM. 华中科大韩宏伟与港中大路新慧团队 p-MPSCs优化研究

Fig. 5_ 展示了 (a) 稳态 PL (b) 时间分辨 PL,以及 (c) 器件的瞬态光电压衰减曲线,分别针对添加和未添加 6FDA mp-TiO2/玻璃结构的钙钛矿。其重要性: 通过 PL 光谱和光电压衰减,评估了 6FDA 对钙钛矿薄膜光致发光特性和载流子寿命的影响,并说明了 6FDA 对缺陷钝化的效果。



AFM. 华中科大韩宏伟与港中大路新慧团队 p-MPSCs优化研究

Fig.S6_展示了添加和未添加 6FDA 的器件的 J-V 曲线(正向扫描)。

重要性: 比较了添加 6FDA 后器件的光伏性能,以及器件的效率提升。



AFM. 华中科大韩宏伟与港中大路新慧团队 p-MPSCs优化研究 AFM. 华中科大韩宏伟与港中大路新慧团队 p-MPSCs优化研究


原文出处: ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS 


推薦設備_

          TPCV_钙钛矿太阳能电池瞬态光电流光电压测试仪


AFM. 华中科大韩宏伟与港中大路新慧团队 p-MPSCs优化研究

l高速时间分辨率-以纳秒计的快速上升和下降时间。

l高信噪比-整合了二十年在光学与电学等讯号处理和降噪方面的专业知识,表现出色的杂讯抑制能力,有效减少各种杂讯以提高精度与准确度。

l友善操作介面-使用特定的公式对讯号资料进行拟合和分析,以便解析和理解这些资料。 这个过程有助于我们深入了解钙钛矿或有机太阳能电池装置的性能。

l  高性价比及效率-相较于自行搭建的费时费工,尚需要熟稔光路系统开发、准确讯号精密撷取,还要有资讯人员撰写专业的数据分析演算法开发等。光焱科技TPCV量测解决方案仅需经过一天的训练后即可使用,并有效专注于钙钛矿太阳能电池的研究



版权所有©2024 光焱科技股份有限公司 All Rights Reserved    备案号:沪ICP备2021022654号-3    sitemap.xml    管理登陆    技术支持:化工仪器网