通過Ostwald熟化抑制缺陷和晶界的高性能穩定鈣鈦礦太陽能電池

2020-12-14 小材科研

華僑大學吳季懷教授課題組近日在國際頂級期刊Advanced Materials發表了題為「Suppressing Vacancy Defects and Grain Boundaries via Ostwald Ripening for High-Performance and Stable Perovskite Solar Cells」（通過Ostwald熟化抑制空缺缺陷和晶界的高性能穩定鈣鈦礦太陽能電池）的論文。Advanced Materials是美國Wiley出版社旗下的頂級期刊，當前影響因子為25.809。

在過去的十年裡，鈣鈦礦太陽能電池（PVSC）作為一種有前途的新型光伏器件，其效率從3.8%提升到25.2%，經歷了前所未有的快速增長。然而，PVSC的實際應用需要仍然受到穩定性和性能的限制，而內部缺陷和外部溼度敏感性是需要解決的兩個關鍵問題。

圖1. GdF3-氨基丁醇輔助的Ostwald成熟過程示意圖

圖2. PVSC的光伏性能J–V曲線

在此，為了克服內部缺陷和外部溼度的雙重困境，該研究設計了一種基於奧斯特瓦爾德（Ostwald）熟化的鈣鈦礦生長調控新策略。如圖1所示，將無機鹽GdF3引入到鈣鈦礦前驅體溶液，可改善晶體的生長鈣鈦礦。首先將含有GdF3的前體溶液旋塗在TiO2層上，隨後使用具有氨基和羥基的氨基丁醇蒸氣協助鈣鈦礦薄膜退火。氨基丁醇分子聚集更小鈣鈦礦顆粒，並通過其氨基和羥基作用附著在較大的顆粒上。因此，尺寸小的晶粒數量減少，較大晶粒的數量增加，形成晶粒大，晶界少的高品質鈣鈦礦薄膜。從而獲得光電轉化效率高達21.2%的PVSC（圖2），並且具有良好的穩定性和較小的滯後現象。

該研究工作在吳季懷教授（通訊作者）的指導下，由材料科學與工程學院2018級博士研究生楊育倩（第一作者）、王曉兵、郭琪瑤和劉旭萍等共同參與完成。研究得到國家自然科學基金-海峽聯合基金重點項目（U1705256）和國家自然科學基金項目（21771066、51972123）的資助。

來源 華僑大學

論文連結：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201904347

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