牛津大學最新《Science》：高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池

導讀：鈣鈦礦太陽能電池的高效率和長期穩定往往是不可兼得的。本文報導的在環境大氣全光譜模擬陽光的條件下，未封裝電池和封裝電池在60℃和85℃的條件下，分別在1010和1200小時內保持80%、95%的峰值效率。

鈣鈦礦矽串聯電池作為最有前途的光伏技術之一，有望在近期實現大規模的商業應用。這種電池的特點是一個寬能帶隙的鈣鈦礦「頂部電池」吸收的太陽光譜區域與矽「底部電池」互補，這樣的太陽能電池已被證明具有可靠的功率轉換效率(PCE)，達到了29.1。然而，目前這種電池的高效率和長期穩定往往是不可兼得的。因此，致力於同時提高效率和改善長期穩定是該領域的研究熱點。離子液體已經被證明可以穩定具有金屬氧化物載流子傳輸層的有機-無機鈣鈦礦太陽能電池，但它們與更容易加工的有機類似物不相容。最近的一項研究表明哌啶鹽離子固體可以提高正本徵負層狀鈣鈦礦太陽電池的有機電子和空穴萃取層的效率，且通過加入該添加劑延緩了鈣鈦礦層中雜質相的偏析和針孔的形成，有效改善了其穩定性。

近日，英國牛津大學Henry J.Snaith教授及其團隊報導了一種高性能的p-i-n鈣鈦礦太陽能電池使用熱穩定CsFA基滷化鉛鈣鈦礦吸收層，低溫處理有機電荷提取層，和有機離子固體添加劑1-丁基-1-甲基四氟硼酸鹽（[BMP]+[BF4]-）。將[BMP]+[BF4]-加入鈣鈦礦吸收劑中，抑制了深阱狀態，改善了性能，並增強了電池在高達85攝氏度的全光譜陽光下的運行穩定性。相關論文以題為「A piperidinium salt stabilizes efficientmetal-halide perovskite solar cells」於2020年7月3日發表在Science上。

論文連結

https://science.sciencemag.org/content/369/6499/96

圖1. 鈣鈦礦太陽能電池的表徵。

圖2.高精度二次離子質譜和XRD分析。

圖3. 長期穩定性測試。

圖4. PbI2和鈣鈦礦膜碘損失分析。

總的來說，由於添加[BMP]+[BF4]-的鈣鈦礦吸收劑的加入，鈣鈦礦矽串聯電池的開路電壓和電池效率得到有效提高。該添加劑還可以阻止在老化過程中鈣鈦礦吸收層的成分偏析為雜質相和針孔的形成，提高電池的穩定性。在環境大氣全光譜模擬陽光的條件下，未封裝電池和封裝電池在60℃和85℃的條件下，分別在1010和1200小時內保持80和95%的峰值效率。（文：Caspar）

本文來自微信公眾號「材料科學與工程」。歡迎轉載請聯繫，未經許可謝絕轉載至其他網站。