Science:20%, 老化1500 h的钙钛矿太阳能电池!

原标题:Science:20%, 老化1500 h的钙钛矿太阳能电池!

第一作者:Hsinhan Tsai

通讯作者:Wanyi Nie, Aditya D.Mohite

第一单位:洛斯阿拉莫斯国家实验室(美国)

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池近年来发展迅猛,大有取代硅基太阳能电池的趋势。要想实现大规模商业化,钙钛矿太阳能电池必须越过一座大山就是稳定性。离子迁移是钙钛矿太阳能电池不稳定的关键之一,为了提高稳定性,科研工作者采用了各种各样的策略。

其中,基于ABX3结构进行掺杂,控制组成元素是经典策略之一。通过掺杂可以形成稳定的立方相,抑制非辐射复合,得到高开放回路电压和短路电流密度。

图1. Cs掺杂的钙钛矿与晶硅串联的太阳能电池效率超过25%

David P. McMeekin, Henry J. Snaith etal. A mixed-cation lead mixed-halide perovskite absorber for tandem solarcells. Science, 2016, 351, 151-155.

除此之外,研究表明动态光诱导结构变化,也可以有效提高钙钛矿光电性能,增强钙钛矿电池的稳定性。连续光照可以影响离子迁移,缺陷钝化,从而控制电荷-载流子的复合行为。

问题在于:虽然各种研究已经表明光照对钙钛矿太阳能电池稳定性意义重大,但是光照对结构和性能的影响,仍然缺乏直接原位表征证据和深入理解。

有鉴于此,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室Aditya D. Mohite和Wanyi Nie团队发现了光诱导晶格膨胀使钙钛矿太阳能电池可以在20.5%的高转化率情况下稳定老化1500小时(1-sun,100 mW cm-2)。

图2. 光照导致结构变化

研究人员以MAPbI3作为参比,首先通过掺杂策略得到了FA0.7MA0.25Cs0.05PbI3钙钛矿。Cs掺杂有助于室温立方相的稳定,不至于出现相分离。而FA的引入也是带宽由1.66 eV变为1.56 eV。

研究表明,光照情况下,钙钛矿结构发生均匀的晶格膨胀行为,使局部晶格应力产生驰豫,从而降低钙钛矿接触界面的能垒,并减少非辐射复合,最终使钙钛矿太阳能电池PEC由18.5%提高到20.5%,并可通过1500 h的老化测试(1-sun)。

图3. 稳定性测试

进一步,研究人员还尝试在10-sun光照条件下进行老化测试。结果表明,基于MAPbI3的太阳能电池30 min后就开始失效,而FA0.7MA0.25Cs0.05PbI3在300 min后仍可保留初始效率的95%;600 min后保留率为80%,短路电流密度可以维持在初始值的96%。

总之,这项研究发现光诱导晶格膨胀有效增强钙钛矿它因电池的效率和稳定性,为钙钛矿太阳电池的商业化提供了新的借鉴。

Hsinhan Tsai, Wanyi Nie, Aditya D.Mohite et al. Light-induced lattice expansion leads to high-efficiencyperovskite solar cells. Science 2018, 360, 67-70.返回搜狐,查看更多

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