上海科大寧志軍課題組開發高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池丨Cell Press論文速遞

2021-02-22 CellPress細胞科學

研究亮點：

1.利用離子交換方法在雜化鈣鈦礦晶粒表面製備了CsPbI3富集的的準無機納米核殼結構；

2.準無機殼層異質結構能夠減少缺陷密度和抑制離子遷移；

3.基於該異質結構的反式鈣鈦礦電池實現了20.7%的效率和1000h的連續工作壽命。

基於雜化/準無機核殼結構的高效高穩定鈣鈦礦太陽能電池

混合有機-無機鈣鈦礦太陽能電池由於其具有較高的光電轉換效率，可溶液加工和低成本等優點而備受關注。然而，儘管鈣鈦礦太陽能電池的效率已超過25％，但其穩定性仍然有待提高。原因之一是有機陽離子容易發生移動，特別是易揮發的甲銨離子（MA），加劇了材料結構的變化。

採用不含MA的甲脒基鈣鈦礦（FAPbI3）可以獲得熱穩定性更好的太陽能電池。在FAPbI3中摻雜Cs+、Rb+等一價陽離子可進一步穩定鈣鈦礦結構並有效提高器件性能。然而，基於FA體系鈣鈦礦的效率仍然低於MA體系鈣鈦礦。另一方面，雖然FA熱穩定性好於MA，但要實現全FA體系的高穩定器件仍要進一步探索和發展。

要點1：準無機殼層結構鈣鈦礦薄膜的製備和表徵

研究人員使用CsSCN作為反應物加入前驅體溶液中，薄膜在退火中，和晶粒表面的雜化鈣鈦礦發生反應。通過原子力顯微鏡-紅外光譜和X射線能譜的表徵，證實晶粒表面的FA陽離子被Cs替換，隨後在表面形成CsPbI3富集的的準無機殼層結構。研究人員對薄膜進一步光電性能表徵發現，該異質結構能夠減少非輻射複合並提高載流子壽命。同時，第一性原理計算表明無機CsPbI3為主的表面使得鈣鈦礦的肖特基缺陷形成能增加，這使得晶體界表面處缺陷密度降低。以上實驗表明雜化/準無機納米核殼鈣鈦礦結構具有優良的光電性能。

相關焦點

  • 上海科大寧志軍課題組開發高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池
    物質科學Physical science上海科技大學寧志軍課題組在Cs0.15FA0.85PbI3晶粒表面製備了CsPbI3富集的準無機殼層結構，該異質結構能夠減少缺陷密度並異質離子遷移，基於該異質結構的反式器件實現了20.7%的效率和1000h的連續工作壽命，為高效穩定鈣鈦礦太陽能電池的構築提供了一條途徑。
  • 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。
  • 黃勁松團隊開發大面積製備高效率鈣鈦礦太陽能電池新工藝 丨論文速遞
    原創 Cell Press CellPress細胞科學 來自專輯Cell Press論文速遞物質科學Physical science太陽能技術正在改變全球的能源結構。
  • 上海科大陳剛課題組在鈣鈦礦太陽能電池界面調控方面取得重要進展
    近日，上海科技大學物質學院陳剛課題組在無甲胺鈣鈦礦太陽能電池的界面調控和機理研究方面再次取得重要進展。他們通過使用烷基胺鹽對三維鈣鈦礦薄膜表面進行後處理，獲得高效率、高穩定性的鈣鈦礦太陽能電池；同時利用同步輻射掠入射X射線衍射技術深入研究表面後處理形成界面層的成分和結構，進一步研究界面調控與器件性能之間的相互聯繫。
  • 上科大陳剛課題組《AFM》：鈣鈦礦太陽能電池界面調控重要進展
    近日，上科大物質學院陳剛課題組在無甲胺鈣鈦礦太陽能電池的界面調控和機理研究方面再次取得重要進展。高性能鈣鈦礦太陽能電池中一般含有甲脒和甲胺等有機陽離子，然而甲胺遇熱易分解的特性導致其熱穩定性遠達不到商業化標準；此外鈣鈦礦/電荷傳輸層界面存在的大量缺陷態進一步制約了鈣鈦礦太陽能電池的發展。
  • 富勒烯衍生物助力高開路電壓錫基鈣鈦礦太陽能電池
    該課題組前期採用低維錫基鈣鈦礦結構和納米梯度結構製備了高效太陽能電池，在近期的研究中將錫基鈣鈦礦太陽能電池開路電壓提高到0．94 V，12．4％的光電轉化效率，是目前已知的穩態輸出效率較高的非鉛鈣鈦礦太陽能電池。
  • 鈣鈦礦太陽能電池的機遇與挑戰
    鈣鈦礦太陽能電池的機遇與挑戰北極星太陽能光伏網訊:「在新型太陽能電池中，鈣鈦礦太陽能電池是最有前景的。」9月10日下午，在智慧能源與綠色發展論壇上，上海科技大學教授寧志軍分享了鈣鈦礦太陽能電池的機遇與挑戰。
  • 大面積鈣鈦礦太陽能電池世界記錄效率
    近日，南京大學現代工程與應用科學學院譚海仁教授課題組在大面積全鈣鈦礦疊層太陽能電池上獲得新突破，經日本電氣安全和環境技術實驗室（JET）權威認證，穩態光電轉換效率高達24.2%，首次將全鈣鈦礦疊層電池寫進太陽能效率世界記錄表《Solar cell efficiency tables》，為目前大面積
  • 上科大研發高效率高穩定性鈣鈦礦太陽能電池
    上海科技大學物質學院陳剛課題組通過使用烷基胺鹽對三維鈣鈦礦薄膜表面進行後處理，獲得高效率、高穩定性的鈣鈦礦太陽能電池；同時利用同步輻射掠入射X射線衍射技術深入研究表面後處理形成界面層的成分和結構近年來，有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率進一步提升至25%以上。高性能鈣鈦礦太陽能電池中一般含有甲脒和甲胺等有機陽離子，然而甲胺遇熱易分解的特性導致其熱穩定性遠達不到商業化標準；此外鈣鈦礦/電荷傳輸層界面存在的大量缺陷態進一步制約了鈣鈦礦太陽能電池的發展。
  • 鈣鈦礦太陽能電池圖鑑——2018年度ESI高被引論文中的鈣鈦礦太陽能電池匯總
    這篇文章將從以上三個方面，來對2018年度JACS，Angew和AM上ESI高被引論文中的鈣鈦礦太陽能電池的研究進行一個匯總，看看鈣鈦礦這匹黑馬在光伏領域研究中的表現。基於金屬銫的鈣鈦礦太陽能電池由於其優異的穩定性在光伏領域具有廣闊的應用前景。然而，無機鈣鈦礦太陽能電池中的巨大能量損失已成為影響其最終效率的重要因素。
  • 上海交大材料學院韓禮元教授團隊在大面積鈣鈦礦太陽能電池模塊...
    高效且穩定的鈣鈦礦太陽能電池模塊是實現該類新型光伏技術產業化的基石，也是當前國際科技和產業競爭的焦點和難點。2017年該團隊製備了具有認證效率的鈣鈦礦太陽能電池模塊(Nature, 2017, 550, 92)。半個月前，該團隊在鈣鈦礦器件穩定性上再下一城，構建穩定異質結結構，為提升器件穩定性提供了全新的思路(Science, 2015, 350, 944)。此次成果結合模塊製備基礎和全新的穩定性理論，通過器件結構設計，製備了高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池模塊。
  • 高效穩定的二維層狀鈣鈦礦來了!為鈣鈦礦太陽能電池商業化鋪路
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】北極星太陽能光伏網訊:美國曾有科學家預測，以新型鈣鈦礦為原料的太陽能電池轉化效率或可高達50%，是目前市場上太陽能電池轉化效率的兩倍，這將大幅降低太陽能電池的使用成本。幾年前，鈣鈦礦太陽能電池被《科學》評為年度國際十大科技進展之一，研究熱度也隨之攀升。
  • 南大譚海仁團隊：創世界紀錄效率的大面積全鈣鈦礦疊層太陽能電池
    近日，南京大學現代工程與應用科學學院譚海仁教授課題組在大面積全鈣鈦礦疊層太陽能電池上獲得新突破，經日本電氣安全和環境技術實驗室（JET）權威認證，穩態光電轉換效率高達24.2%，首次將全鈣鈦礦疊層電池寫進太陽能效率世界記錄表《Solar cell efficiency
  • 上科大研發高效率高穩定性鈣鈦礦太陽能電池—新聞—科學網
    上海科技大學物質學院陳剛課題組通過使用烷基胺鹽對三維鈣鈦礦薄膜表面進行後處理，獲得高效率、高穩定性的鈣鈦礦太陽能電池；同時利用同步輻射掠入射X射線衍射技術深入研究表面後處理形成界面層的成分和結構
  • 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
  • 2020上海交通大學新型鈣鈦礦太陽能電池方向招聘博士後1人公告公告...
    研究團隊依託上海交通大學金屬基複合材料國家重點實驗室及材料科學與工程學院人才創新基地，長期致力於高效、穩定的鈣鈦礦太陽能單結、多結電池及模塊的研究。團隊負責人韓禮元教授現任上海交通大學講席教授。曾在夏普公司研究所工作15年，主要負責染料敏化太陽能電池的研究開發。基於卓越的研究成果，在2008年被聘請到日本物材研究所，擔任下一代太陽能電池中心主任。
  • 周歡萍課題組2019年鈣鈦礦太陽能電池重要成果集錦!
    因此，在平面異質結鈣鈦礦太陽能電池中具有413 mV的最小電壓缺陷，實現了20.87％的認證效率。這些研究結果為開發基於層狀2D鈣鈦礦太陽能電池和其他光電器件提出了可替代方案。在優化條件下，混合陽離子鈣鈦礦（FA1-xMAxPbI2.87Br0.13(Cl)）太陽能電池的效率超過21％，認證效率為20.50±0.50％。
  • 石墨烯、鈣鈦礦和矽——高效太陽能電池的理想串聯體
    出於這個原因，科學家們已然耗費數十年的時間試圖找到其他替代品，如III-V型半導體（具體是什麼物質呢，不常見的專有名詞最好都需要註解）和鈣鈦礦。然而，後者的製造存在幾個挑戰，其中擴大太陽能電池板的生產是邁向成功的關鍵一步。利用「串聯電池」，科學家們先前已經將矽和鈣鈦礦的優勢結合起來——然而，穩定性、效率和大規模生產似乎仍然是一個遙不可及的夢想。
  • 上科大:鈣鈦礦薄膜的製備和原位表徵再獲重要進展!
    近日，上海科技大學物質學院陳剛教授課題組在鈣鈦礦薄膜的製備和原位表徵方面再次取得重要進展。他們創新性地使用丁胺氣體對三維鈣鈦礦薄膜進行表面處理，獲得二維三維複合結構的鈣鈦礦薄膜；同時利用同步輻射原位X射線表面掠入射衍射技術深入研究了表面二維材料的結構、成分和生長機理；通過將結構優化的二維三維複合鈣鈦礦薄膜應用於光伏器件中，獲得了高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池。
  • 上海科技大學—研發高效率高穩定性鈣鈦礦太陽能電池
    上海科技大學物質學院陳剛課題組通過使用烷基胺鹽對三維鈣鈦礦薄膜表面進行後處理，獲得高效率、高穩定性的鈣鈦礦太陽能電池，並進一步研究了界面調控與器件性能之間的相互聯繫。近年來，有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率提升至25%以上。高性能鈣鈦礦太陽能電池中一般含有甲脒和甲胺等有機陽離子，然而甲胺遇熱易分解的特性導致其熱穩定性遠達不到商業化標準;此外鈣鈦礦/電荷傳輸層界面存在的大量缺陷態進一步制約了鈣鈦礦太陽能電池的發展。