重要進展 |《自然•能源》刊發研究中心劉宗豪副教授鈣鈦礦太陽能模組合作研究進展

2021-02-15 武漢光電國家研究中心

研究內容

針對上述問題，該研究通過對ITO/SnO2/perovskite/HTM/Au結構鈣鈦礦太陽能模組進行系統界面工程優化器件光伏性能及穩定性。如圖1所示，具體包括：1）使用EDTAK修飾SnO2電子傳輸層，通過酸鹼中和消除SnO2中的鹼，獲得更穩定的SnO2/鈣鈦礦界面，同時調控SnO2/鈣鈦礦界面能級匹配，促進界面電荷傳輸；2）對FAMACs基鈣鈦礦表面進行EAI/MAI界面修飾，構築穩定性更優的EAMA鈣鈦礦，提高鈣鈦礦層穩定性，鈍化表面缺陷，同時調控鈣鈦礦/空穴傳輸層界面能級匹配，促進界面電荷傳輸；3）在常用小分子空穴傳輸層spiro-OMeTAD中引入少量的高分子空穴傳輸材料P3HT形成複合空穴傳輸層，改善空穴傳輸層穩定性；4）對鈣鈦礦太陽能模組器件進行聚對二甲苯（Parylene）封裝，實現可靠的薄膜封裝，不僅抑制水氧對鈣鈦礦太陽能模組的侵蝕，也能夠有效避免鈣鈦礦分解產物的揮發，進一步提高器件穩定性。

 ▲圖1 基於系統界面工程的高效高穩定鈣鈦礦太陽能模組結構及界面示意圖。

 

如圖2 所示，基於上述系統界面工程策略，在5 cm×5 cm基板上製備的鈣鈦礦光伏模組獲得了16.6%的效率（限定輻照面積22.4 cm2），在氮氣氣氛中、實測器件溫度約40 oC、連續光照工作老化條件下，其T90（效率衰減到初始效率的90%的時間）超過1570小時，T80（效率衰減到初始效率的80%的時間）超過2680小時，同時鈣鈦礦太陽能模組的光伏性能和穩定性均具有良好的可重現性。

 ▲圖2 基於系統界面工程的高效高穩定鈣鈦礦太陽能模組a）光學照片，b）J-V曲線，及c）d）連續光照工作老化條件下轉換效率變化曲線。

 

鈣鈦礦太陽能電池的大面積製備以及穩定性是實現其實際應用的關鍵性挑戰，該研究成果為高效高穩定鈣鈦礦太陽能模組的製備提供了創新思路，將進一步促進鈣鈦礦太陽能電池的研究和發展，對發展能源新材料和新技術具有重要科學意義和應用價值。該研究得到了日本衝繩科學技術大學院大學（第一單位）、華中科技大學、南方科技大學、日本國家產業技術綜合研究所的支持。

 

論文信息：Zonghao Liu, LongbinQiu, Luis K. Ono, Sisi He, Zhanhao Hu, Maowei Jiang, Guoqing Tong, Zhifang Wu,Yan Jiang, Dae-Yong Son, Yangyang Dang, Said Kazaoui, Yabing Qi*. A holisticapproach to interface stabilization for efficient perovskite solar modules withover 2,000-hour operational stability. Nature Energy 2020, DOI:10.1038/s41560-020-0653-2.

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