福建物構所鈣鈦礦太陽能電池研究獲新進展

2020-12-10 索比光伏網

近年來，新興的有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池發展突飛猛進，在短短十年裡其光電轉化效率從3.8%迅速發展到目前25.5%的認證效率，被視為最具有應用潛力的新型高效率太陽能電池之一。雖然鈣鈦礦太陽能電池具有很高的光電轉換效率已與多晶矽薄膜電池相媲美，但是電池的長期穩定性遠未達到商業化的要求。此外，傳統的低溫溶液法可以便利地製備鈣鈦礦薄膜，但所製備的鈣鈦礦通常是多晶薄膜極易在晶界或表面產生針孔和缺陷。產生的缺陷不僅可以捕獲光生載流子，限制載流子的擴散，降低載流子的壽命，而且還會引起離子遷移和擴散，最終導致器件的穩定性和效率下降。

中科院功能納米結構設計與組裝/福建省納米材料重點實驗室高鵬課題組針對鈣鈦礦太陽能電池表面缺陷和水分侵蝕所導致的穩定性問題，開發了一系列D-π-A型卟啉分子，並在使用這一系列卟啉小分子鈍化鈣鈦礦表面缺陷作用機制方面的研究取得重要進展。

研究發現，以該系列卟啉分子CS0, CS1, CS2處理鈣鈦礦表面，不僅可以有效地鈍化鈣鈦礦表面缺陷從而抑制perovskite/HTM界面間的非輻射複合，由於卟啉分子上的疏水型長烷基鏈的存在同時還可以有效地阻擋空氣中水分子的入侵。最終基於CS0, CS1, CS2鈍化的鈣鈦礦太陽能電池均表現出良好的溼穩定性和提升的器件性能，基於CS1鈍化的器件獲得了22.37% 的最高電池效率。測試表明，編號為CS0-CS2的卟啉材料上的氰基丙烯酸官能團成功鈍化鈣鈦礦晶格表面和晶界的缺陷，從而提高器件的VOC和FF。

相關工作發表在國際期刊Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202007762) 上。本文通訊作者為中科院福建物質結構研究所高鵬研究員，第一作者為麥綺倫副研究員，共同第一作者為博士研究生周勤。

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