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电表壳光致晶格膨胀制备高效钙钛矿太阳能电池物流

时间:2019年11月29日

最近在杂化钙钛矿的功率转换效率(PCE)方面的突破已经通过在改变阳离子混合卤化物钙钛矿中ABX3结构而实现,其中A和B是阳离子X是阴离子。这种方法允许形成稳定的立方相,抑制非辐射复合,用于特别高的开路电压(VOC)和短路电流密度(JSC)。Snaith及其同事也采用了类似的策略,以获得近乎理想的带隙材料,从而形成钙钛矿-钙钛矿串联电池。尽管如此,最近的一些研究已认识到光诱导结构动力学在所观察到的光电子特性,性能和器件的长期稳定性中起着至关重要的作用。

【图文导读】

北京时间2018年4月6日,Science在线发表美国洛斯阿拉莫斯国家实验室Wanyi Nie、Aditya D. Mohite(共同通讯)等人题为“Light-induced lattice expansion leads to high-efficiency perovskite solar cells”的研究,他们发现连续光照会导致混合钙钛矿薄膜中的均匀晶格膨胀,这对于获得高效率光伏器件是至关重要的。相关的原位结构和器件表征揭示了光诱导的晶格膨胀有利于混合阳离子纯卤化物平面器件的性能,将功率转换效率从18.5提高到20.5%。

晶格膨胀导致局部晶格应变的松弛,这降低了钙钛矿-接触界面处的能垒,从而改善了开路电压和填充因子。在全光谱1-太阳(100mW/cm2)照明下连续操作超过1500小时,光致晶格膨胀不会损害这些高效光伏器件的稳定性。而就在2016年7月Wanyi Nie团队就将另一个钙钛矿的研究发表在Nature上,他们利用单晶做成的层状钙钛矿形成一个很好的阵列式的薄膜太阳能电池板,这就促进了钙钛矿中电子的传输,从而使电池在没有任何滞后现象的情况下,光电转换性能达到12.52%。

这种电池在未封装的情况下,在一个太阳光下连续照射2250个小时,其性能还可以维持在60%。而封装后的电池在相同的环境下,性能无衰减。

【图文导读】

图1 光诱导晶格膨胀和结构分析

图2 光诱导晶格膨胀对薄膜光伏性能的影响

图3 恒定照明条件下的器件和薄膜特性

图4 光稳定性研究

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