實現低電壓損耗的高效倒置鈣鈦礦型太陽能電池

2021-01-08 科學網

實現低電壓損耗的高效倒置鈣鈦礦型太陽能電池

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/12/31 23:03:43

華中科技大學李忠安團隊開發了利用吡啶基無摻雜聚合物半導體實現低電壓損耗的高效倒置鈣鈦礦型太陽能電池的策略。相關研究成果發表在2020年12月28日出版的《德國應用化學》。

目前，倒置鈣鈦礦型太陽能電池（PVSCs）性能的進一步提高主要受到不利的非輻射複合（NRR）過程引起的高開路電壓（V OC）損耗的限制。

該文通過合理設計一種新型吡啶基聚合物空穴傳輸材料（簡稱PPY2）來同時降低鈣鈦礦結構內部和界面處的NRR過程，該材料具有與鈣鈦礦相適應的能級、高的空穴遷移率、有效鈍化不配位pb2+和碘缺陷以及促進形成高質量多晶鈣鈦礦薄膜的能力。

在沒有任何摻雜的情況下，使用PPY2作為熱媒的倒置PVSCs提供了令人鼓舞的PCE，高達22.41%，V OC損耗很小（0.40ev），是迄今為止報導的倒置PVSCs的最佳器件性能之一。此外，基於PPY2的非封裝器件表現出良好的長期光穩定性，在一個太陽持續照射500小時後，其PCE可保持到初始的97%以上。

附：英文原文

Title: Efficient Inverted Perovskite Solar Cells with Low Voltage Loss Achieved by a Pyridine‐based Dopant‐free Polymer Semiconductor

Author: Zhongan Li, Xianglang Sun, Zhen Li, Xinyu Yu, Xin Wu, Cheng Zhong, Danjun Liu, Dangyuan Lei, Alex K.-Y. Jen, Zonglong Zhu

Issue&Volume: 28 December 2020

Abstract: Currently, the further performance improvement for inverted perovskite solar cells (PVSCs) is mainly limited by the high open circuit voltage (  V  OC  ) loss caused by the detrimental non‐radiative recombination (NRR) processes. Herein, we report a simple and efficient way to simultaneously reduce the NRR processes inside perovskite and at the interface by rationally designing a new pyridine‐based polymer hole transporting material (HTM), i. e.  PPY2  , which exhibits suitable energy levels with perovskites, high hole mobility, effective passivation of the uncoordinated Pb  2+  and iodide defects, as well as the capability of promoting the formation of high quality polycrystalline perovskite film. In absence of any dopants, the inverted PVSCs using  PPY2  as the HTM deliver an encouraging PCE up to 22.41% with a small  V  OC  loss (0.40 eV), among the best device performance for inverted PVSCs reported so far. Furthermore,  PPY2  ‐based unencapsulated devices show an excellent long‐term photostability, and over 97% of its initial PCE can be maintained after one sun constant illumination for 500 h.

DOI: 10.1002/anie.202016085

Source: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202016085

相關焦點

  • 新型受體製備低電壓損耗高效三元有機太陽能電池
    在過去的十年裡，本體異質結(BHJ)有機太陽能電池(OSCs)取得了快速的發展。單結器件的光電轉換效率(PCE)超過16%，疊層器件的光電轉換效率(PCE)超過17%。在三元器件中，選擇三個具有互補吸收和適當能級的活性層組分對於獲得良好的器件性能至關重要。 此外，光生載流子的能量損耗也是決定光伏性能的重要因素。 為了降低三元器件的損耗，應適當調整吸光活性材料的LUMO和HOMO水平。
  • 韓國專家:鈣鈦礦太陽能電池效率高達25%
    但是它在長波段的量子響應卻低於甲胺鉛碘電池，因此我們通過離子交換的方式在甲脒鉛碘薄膜上又沉積了一層非常薄的甲胺鉛碘薄膜，最終獲得16%的轉換效率。為了提高電池的穩定性，我們利用金字塔結構設計了疏水的鈣鈦礦太陽能電池，這是疏水太陽能鈣鈦電池的實現過程。這樣一種金字塔型的減反設計可以獲得更高的光電流和更好的自清潔能力。還利用分光技術獲得這樣一個組合的鈣鈦礦太陽能電池。
  • 復旦突破鈣鈦礦材料核心難題，製備出高效穩定太陽能電池
    近日，復旦大學信息科學與工程學院詹義強、鄭立榮和瑞士洛桑聯邦理工大學(EPFL)合作實現了一種室溫穩定的鈣鈦礦材料，並且製備出了光電轉換效率超過23%的高效穩定太陽能電池。相關論文於10月2日發表在世界頂級學術期刊《科學》(Science)上，題為《氣氛輔助製備高效高穩定黑相甲脒鉛碘鈣鈦礦太陽能電池》(Vapor-assisted deposition of highly efficient, stable black-phase FAPbI3 perovskite
  • 香港研發有機框架鈣鈦礦太陽能電池 效率高達22.02％
    太陽能電池，該框架在鈣鈦礦和陰極之間的界面起著電子提取層的作用。香港城市大學的研究人員聲稱已開發出一種更穩定，更高效的全無機鈣鈦礦太陽能電池，經認證的效率為15．6％。據科學家稱，該設備被開發人員聲稱擊中了未經認證的16．1％，是迄今為止開發出的最高效的全無機鈣鈦礦倒置電池。研究人員聲稱，他們的設備是第一個鈣鈦礦電池，提供良好的長期穩定性和高功率轉換效率的同時，他們還表示，它還提供減少鉛洩漏。
  • 鈣鈦礦太陽能電池優缺點
    儘管研究團隊還沒有演示以新材料為原料製造的高效太陽能電池，此項研究已成為此前諸多研究強有力的補充，證明了擁有獨特晶體結構的鈣鈦礦有望改變太陽能產業的面貌。當前市場上佔主流的太陽能電池以矽和碲化鎘為材料，達到目前的轉化效率歷時10多年;而鈣鈦礦只花了短短4年時間的研究，有鑑於此，即使業界保守人士也對鈣鈦礦非常看好。
  • 綠色反溶劑抑制非輻射複合實現高效鈣鈦礦太陽能電池
    傳統的一步溶液加工法沉積的鈣鈦礦薄膜通常易遭受由缺陷引起的非輻射複合，這嚴重阻礙了器件性能的提高。反溶劑工程已被證明可有效地調節晶體成核和晶粒長大，但是，實現高效的器件所需要的反溶劑的量很大，而且更嚴重的是，其中大多數反溶劑都是有毒的，如致癌溶劑氯苯和甲苯。顯然，毒性與綠色化學的工業發展理念相悖，這已成為實現低成本溶液法大面積生產的主要障礙。
  • 乾貨 詳解鈣鈦礦太陽能電池的應用
    ABX3型的有機-無機滷化物在不同溫度下具有不同的結構.鈣鈦礦太陽能電池的基本構造通常為襯底材料/導電玻璃(鍍有氧化物層的基片玻璃)/電子傳輸層(二氧化鈦)/鈣鈦礦吸收層(空穴傳輸層)/金屬陰極(圖2).
  • 香港研發有機框架鈣鈦礦太陽能電池   效率高達22.02％
    香港城市大學的研究人員聲稱已開發出一種更穩定，更高效的全無機鈣鈦礦太陽能電池，經認證的效率為15.6％。據科學家稱，該設備被開發人員聲稱擊中了未經認證的16.1％，是迄今為止開發出的最高效的全無機鈣鈦礦倒置電池。
  • 半導體所研製出高效平面異質結鈣鈦礦太陽能電池
    北極星太陽能光伏網訊:鈣鈦礦太陽能電池是近幾年興起的一類具有巨大應用前景的太陽能電池，它具有光電轉換效率高、成本低以及製備工藝簡單等突出優點。經過幾年的快速發展，鈣鈦礦太陽能電池的效率已從初始的3.8%迅速提高到22.1%，已接近或超過傳統高效薄膜太陽能電池（如銅銦鎵硒或碲化鎘等），進一步發展，可與矽及砷化鎵等單晶太陽能電池媲美。
  • 【科技前沿】鈣鈦礦太陽能電池研究實現新突破
    西安電子科技大學微電子學院郝躍院士團隊的陳大正博士最近在Journal of Materials Chemistry A期刊上首次報導了一種基於TeO2/Ag透明電極的正型(n-i-p)異質結雙面高效鈣鈦礦太陽能電池，該電池分別獲得了20.96%和17.36%的雙面能量轉換效率，雙面因子達到82%，為同期國際最高水平，該成果入選2019 Journal of Materials Chemistry
  • 鈣鈦礦太陽能電池結構及原理
    雖然現在每年光伏產業產能的90%以上都來自晶矽電池，但是由於鈣鈦礦太陽能電池的優良特性眾多，越來越多的人對它青睞有加，源源不斷的人力、物力都投入到了相關研究當中，鈣鈦礦太陽能電池巨大的魅力也逐漸展現在了人們面前。有趣的是，鈣鈦礦太陽能電池中並沒有鈣元素，也沒有鈦元素。其實，它得名於其中的吸光層材料：一種鈣鈦礦型物質。
  • 新型鈣鈦礦薄膜讓太陽能電池實現高效率
    南京工業大學先進材料研究院黃維院士團隊、陳永華教授團隊與澳門大學應用物理及材料工程研究院邢貴川教授合作，在世界上首次報導了一系列不同量子阱寬度的二維Ruddlesden-Popper（RP）層鈣鈦礦薄膜，及其高效的鈣鈦礦太陽能電池應用。
  • 石墨烯串聯鈣鈦礦製造高效太陽能電池
    義大利研究人員利用石墨烯開發了一種鈣鈦礦矽太陽能電池，這是一種很有前途的新型太陽能技術，轉換效率高達26.3%。>石墨烯增強PSC圖像的結構研究人員在鈣鈦礦太陽能電池中使用的二氧化鈦電子選擇層中添加了石墨烯
  • 上科大非鉛鈣鈦礦太陽能電池效率破紀錄
    北極星太陽能光伏網訊:在國家重點研發計劃的支持下，上海科技大學物質學院寧志軍課題組在非鉛鈣鈦礦太陽能電池方面取得重要進展。通過器件結構的改進將錫基鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓提高到了0.94 V，實現了12.4%的光電轉化效率，這是目前國際上已報導的穩態輸出效率最高的非鉛鈣鈦礦太陽能電池。
  • 前沿科技|新型鈣鈦礦薄膜讓太陽能電池實現高效率
    來源丨中國科學報 編輯丨小歐 世界上首次報導了一系列不同量子阱寬度的二維Ruddlesden-Popper(RP)層鈣鈦礦薄膜，及其高效的鈣鈦礦太陽能電池應用。
  • 鈣鈦礦太陽能電池穩定性及發展前景
    鈣鈦礦太陽能電池，科學家們在最新研究中發現，一種鈣鈦礦結構的有機太陽能電池的轉化效率或可高達22.1%，為目前市場上太陽能電池轉化效率的2倍，能大幅降低太陽能電池的使用成本。 儘管研究團隊還沒有演示以新材料為原料製造的高效太陽能電池，此項研究已成為此前諸多研究強有力的補充，證明了擁有獨特晶體結構的鈣鈦礦有望改變太陽能產業的面貌。當前市場上佔主流的太陽能電池以矽和碲化鎘為材料，達到目前的轉化效率歷時10多年;而鈣鈦礦只花了短短4年時間的研究，有鑑於此，即使業界保守人士也對鈣鈦礦非常看好。
  • 我國研究出高效鈣鈦礦太陽能電池
    最近，我國的科學家又研發出了新玩意，走在世界前列的高效鈣鈦礦太陽能電池！！！接下來就讓小編我帶著各位看看這個高效鈣鈦礦太陽能電池是怎麼研發出來的。反溶劑工程已被證明可有效地調節晶體成核和晶粒長大，但是，實現高效的器件所需要的反溶劑的量很大，而且更嚴重的是，其中大多數反溶劑都是有毒的，如致癌溶劑氯苯和甲苯。顯然，毒性與綠色化學的工業發展理念相悖，這已成為實現低成本溶液法大面積生產的主要障礙。
  • 頻繁破紀錄 24個疊層鈣鈦礦電池技術匯總!
    低光電流值可以減少串聯電阻的損耗，這為實現高效大面積的模塊打開一扇大門。2.Nat. Energy：21％效率，鈣鈦礦疊層太陽能電池    多結全鈣鈦礦串聯太陽能電池是高效率和低製造成本的下一代太陽能電池的最佳選擇。然而，缺乏高質量的低帶隙鈣鈦礦吸收層嚴重阻礙了高效穩定的全鈣鈦礦串聯太陽能電池的發展。
  • 科學網—新型鈣鈦礦薄膜讓太陽能電池實現高效率
    本報訊（記者馮麗妃）南京工業大學先進材料研究院黃維院士團隊、陳永華教授團隊與澳門大學應用物理及材料工程研究院邢貴川教授合作，在世界上首次報導了一系列不同量子阱寬度的二維Ruddlesden-Popper（RP）層鈣鈦礦薄膜
  • 鈣鈦礦電池有望實現光電轉換效率達到30%
    而且，即便採用低成本沉積技術，也能實現出色的複合特性。其開路電壓也正在逐步逼近肖克利-奎伊瑟極限。鈣鈦礦太陽能電池在短時間內就能取得如此驚人的進展，著實令人印象深刻，但鈣鈦礦/矽基雙結疊層電池在實現量產之前，還需要克服不少難關。挑戰1最大的挑戰就是如何確保鈣鈦礦電池的長期穩定性。