北極星太陽能光伏網訊:鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由於其出色的光伏（PV）性能，低成本，大面積製造能力而受到廣泛的研究關注。在過去幾年中，PSC的功率轉換效率（PCE）從≈9％急劇增加到25.2％，但是其穩定性是該領域目前面臨的重要問題，製備出高光電轉化效率，高穩定性的器件，是推動該領域進一步發展的首要問題。
（來源：微信公眾號「能源學人」作者：Energist）
近日，瑞士洛桑聯邦理工學院Michael Grätzel教授課題組，提出了一種新型的鈍化劑，即4-叔丁基-苄基碘化銨（tBBAI），該鈍化劑具有大位阻的叔丁基基團可防止空間排斥引起的不利聚集。發現用tBBAI進行簡單的表面處理可顯著加速電荷從鈣鈦礦中提取到spiro-OMeTAD空穴傳輸劑中，同時阻止了非輻射電荷複合。這將鈣鈦礦光電轉化效率（PCE）從≈20％提高到23.5％，更加重要的是，tBBAI處理將填充因子從0.75提高到0.82的極高值。叔丁基還提供了疏水性保護傘，可保護鈣鈦礦膜免受周圍水分的侵蝕。此外，在連續模擬太陽輻射，最大功率點跟蹤下，全日照500小時後，PSC表現出優異的穩定性，可保留其初始PCE的95％以上。
圖1. A）PEAI和tBBAI的化學結構。B）鈣鈦礦太陽能電池的結構模型圖，C–E）鈣鈦礦薄膜，PEAI鈍化的鈣鈦礦薄膜，tBBAI鈍化的鈣鈦礦薄膜，比例尺為1 μm。
圖2. A）鈣鈦礦，鈣鈦礦/PEAI和鈣鈦礦/tBBAI薄膜的XPS光譜。B）各種薄膜的C1s光譜。C）鈣鈦礦/ tBBAI 薄膜I3Dde 深度XPS。D）鈣鈦礦，鈣鈦礦/ PEAI和鈣鈦礦/ tBBAI的XRD圖譜。
圖3. A）玻璃/ FTO /mp-Al2O3 /鈣鈦礦/無表面鈍化層的TRPL（對照，藍色），PEAI（紅色）和tBBAI（黑色）。B）不含空穴傳輸層的樣品的TRPL測試。
圖4. A）電池的反向掃描的IV曲線。B）在環境空氣下的對鈣鈦礦電池最大功率的跟蹤測試。C）鈣鈦礦電池的IPCE。D）不同光照強度和開路電壓的對應關係。
圖5. A）在惰性氣氛（N2）中的MPP老化測試，無鈍化的PSC和PEAI和tBBAI鈍化的PSC在一個陽光下連續照射。B）表面上的水滴圖像鈣鈦礦薄膜（對照）和鈍化的鈣鈦礦整潔的鈣。
在這項工作中，作者通過簡單的表面鈍化劑tBBAI。通過電光學表徵表明，tBBAI鈍化的鈣鈦礦膜片顯示較少的非輻射電荷載流子複合，即較低的缺陷密度，並顯著改善了鈣鈦礦薄膜中的電荷提取到空穴傳輸層。此外開路電壓增加了≈50mV與無鈍化的鈣鈦礦薄膜。鈍化劑tBBAI的冠軍電池的PCE為23.5％。此外，與PEAI相比，tBBAI的疏水性增強導致增強耐溼性，因此具有更好的操作穩定性。使用tBBAI的PSC在使用後保留了其初始PCE的95％以上500小時的MPP跟蹤，以及之後90％以上的初始PCE在相對溼度為50–70％的環境空氣中老化55天。該工作提供了一種簡單而有效的方法來製造具有出色效率和穩定性。
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