北京航空航天大學張淵教授AFM:鈣鈦礦太陽能電池低溫穩定性研究

2020-12-05 學研天地

研究背景

近十年來，有機-無機雜化滷素鈣鈦礦太陽能電池發展迅猛，正朝著商業應用的方向前進。雖然在實驗室中這類新型光伏電池的轉化效率可高達25.2%，但其依然存在溫度穩定性等問題，並且其光伏性能與Shockley-Queisser理論極限值存在一定差距。目前對鈣鈦礦太陽能電池的研究大多基於常溫表徵手段，變溫研究很少，對於低溫下電池性能的變化趨勢和限制因素認識不夠清晰，阻礙了鈣鈦礦電池的實際應用。

成果簡介

北京航空航天大學張淵課題組和國家納米科學中心周惠瓊課題組針對廣泛使用的MAPbI3反式鈣鈦礦（常溫效率為18.8%）太陽能電池展開了變溫特性研究。實驗發現電池在295 K – 160 K範圍內所有的參數均呈現負溫度係數，填充因子和光電轉換效率在220 K時達到峰值，（分別為81.8%和21.4%），並且短路電流隨溫度降低持續增大。

利用變溫螢光光譜和導納譜測試發現，電子和空穴在低溫下的界面提取效率更高，複合電阻和載流子壽命增加；鈣鈦礦的缺陷態密度從常溫下的8.6×1016 cm-3降低至1.9×1014 cm-3 (160 K)，非輻射複合減弱。上述綜合因素導致了低溫下MAPbI3電池性能的提高。

此外，課題組研究了PASP界面鈍化對MAPbI3電池的溫度特性影響，結果表明鈍化後的電池的常溫性能和低溫穩定性均得到有效改善。該工作為面向變溫工作條件下鈣鈦礦光伏器件的設計與優化提供了參考。

研究成果近期發表在Advanced Functional Materials 期刊上，文章的第一作者為北京航空航天大學化學學院碩士研究生周倩，該研究得到國家自然科學基金的支持。

文獻連結：

Understanding Temperature-Dependent Charge Extraction and Trapping in Perovskite Solar Cells

Qian Zhou, Boxing Wang, Rui Meng, Jiyu Zhou, Shenkun Xie, Xuning Zhang, Jianqiu Wang, Shengli Yue, Bing Qin, Huiqiong Zhou, Yuan Zhang

Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 2000550, DOI: 10.1002/adfm.202000550

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