這篇Science實至名歸!潮溼環境中,不封裝鈣鈦礦實現24.8%效率!

2021-02-19 納米人


第一作者：Mingyu Jeong

通訊作者：Changduk Yang、Dong Suk Kim、 Sang Kyu Kwak

通訊單位：UNIST、韓國能源研究所

本文要點：

1. 發展了兩種疏水Spiro-OMeTAD氟化空穴傳輸材料

2. 實現了在潮溼環境中24.8%高效率的鈣鈦礦太陽能電池。

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鈣鈦礦太陽能電池目前商業化面臨的最大問題之一，就是潮溼環境導致穩定性下降。Spiro-OMeTAD是鈣鈦礦型太陽能電池的經典款空穴傳輸材料，要保持其高效率運行，需要使用一些摻雜劑。不幸的是，這些特殊的摻雜劑往往容易吸潮，從而導致器件穩定性降低。

有鑑於此，Changduk Yang、Dong Suk Kim和Sang Kyu Kwak等人發展了新型的疏水Spiro-OMeTAD氟化空穴傳輸材料，在潮溼環境中，實現了24.8%高效率鈣鈦礦太陽能電池。

圖1. HTMs光學和電化學特徵以及DFT計算

策略

考慮到氟化能使共軛材料具有能級，疏水性和非共價相互作用的優點，研究人員開發了兩種常規空穴傳輸材料（HTM）Spiro-OMeTAD的氟化異構體，並將其用作PSC中的HTM。合成的Spiro-OMeTAD疏水氟化空穴傳輸材料具有良好的電子態遷移能力，可用於空穴提取，並用於製造鈣鈦礦型太陽能電池。

圖2. 光伏性能

性能

實驗表明，所製造的PSC具有高達24.82％的高效率（經證明僅有0.3 V電壓損耗，認證效率為24.64％），開路電壓接近Shockley-Queisser極限。

值得一提的是，在50％的相對溼度下，沒有封裝的鈣鈦礦電池運行500小時後效率保持87％。在大面積電池中，也可以達到22.31％的效率。

圖3. 長期穩定性和疏水性

總之，這項研究為鈣鈦礦太陽能電池的穩定性提供了新的方案，為鈣鈦礦太陽能電池的商業化起到了重要推動作用！

參考文獻：

Mingyu Jeong et al. Stable perovskite solar cells with efficiency exceeding 24.8% and 0.3-V voltage loss. Science 2020, 369, 1615-1620

https://science.sciencemag.org/content/369/6511/1615

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