鈣鈦礦太陽能電池效率達到18.12%並改善滯後效應

2021-01-08 索比光伏網

日本九州大學的科學家已開發出一種用於鈣鈦礦電池生產的表面處理方法。他們提出這種方法可以減少滯後現象。鈣鈦礦光伏器件受困於這種效應，因為它們的輸出取決於先前的輸入而非其即時狀態，從而影響了預測性能的準確性。

在鈣鈦礦電池中，滯後效應與材料的組成密切相關。按通常看法，界面附近的離子遷移和非輻射複合是造成這種效應的原因。 九州大學研究小組提出，鈣鈦礦光伏器件中的電池衰減以及電流-電壓滯後現象，可以通過使用富勒烯衍生物C60吡咯烷-3-甲酸(CPTA)材質的自組裝單層膜(Sam)對電池的氧化錫(SnO2)層進行化學修飾加以抑制。研究人員表示，他們採用這種方法克服了鈣鈦礦太陽能電池性能的兩個最常見的難題。

研究成果

該團隊運用CPTA-Sam方法開發出八種平面電池器件，轉換效率為18.06%至18.12%。他們在接近最大功率點的100 mW/cm−2的連續照明下，將它們與未經CPTA-Sam修飾的類似電池進行了穩定性方面的比較。

九州大學的科學家們觀察到，未經CPTA-Sam處理的電池轉化效率遠遠低於經過修飾的新設計。研究小組表示，「本研究中值得一提的是，未經CPTA-Sam處理的鈣鈦礦太陽能電池在連續照明1000小時後，功率轉換效率並未降低。此外，即使在攝氏60度的高溫條件下，CPTA-Sam型電池仍能在有光照時保持更高的穩定性。」

這些學者們發現未經CPTA-Sam處理的電池出現了明顯的電流-電壓滯後效應，但在經過化學修飾的電池器件中，即使在60攝氏度下也未觀察到這種現象。

原因

九州大學的研究人員表示，除了離子遷移效應外，當SnO2表面用不同方式進行處理時，不平衡的電荷傳輸、鐵電電容效應，以及缺陷誘導的電子陷阱等因素都可能在電池中同時發生變化，而這些因素已確定會誘發光電流密度-電壓(J-V)滯後效應。

理解電流-電壓滯後效應如何影響鈣鈦礦電池的性能，仍是這種技術在實現商業化生產之前需要克服的主要障礙之一。韓國成均館大學的科學家去年發表的一篇論文指出，我們已經大致了解影響滯後效應的各種參數，但對鈣鈦礦器件中受掃描方向影響的J-V曲線的研究很少。這項研究建議通過新的方法探索消除滯後效應的鈣鈦礦太陽能電池，並提出界面工程可能是一種行之有效的方法。

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