正文
郭万林院士、赵晓明教授
等人
通过气相沉积多齿配体隔离钙钛矿表面的缺陷八面体来解决钙钛矿太阳能电池中离子不可逆迁移的问题。表面八面体隔离抑制了离子迁移到电荷传输层,减少了表面离子缺陷,调节光暗周期中离子迁移的动力学。本研究在
785平方厘米工业级钙钛矿太阳能组件实现了19.6%的功率转换效率(PCE)
。该组件表现出增强的日间稳定性,即使在50°C下经过101次明暗循环后,仍能保持97%以上的初始PCE。该钙钛矿模块在恶劣的夏季条件下户外运行45天期间保持稳定的功率输出,表现出与参考硅电池相当的稳定性。
技术方案:
1、实现了表面八面体分离
通过气相沉积Tpy处理钙钛矿薄膜,实现表面八面体分离,形成0D结构。该处理使表面更致密,提高八面体稳定性,减少非辐射复合,增加载流子寿命,抑制离子迁移,提升钙钛矿薄膜性能和稳定性。
2、研究了器件的光伏性和稳定性
作者制造了不同面积的太阳能电池器件,表面处理使小面积器件PCE达25.3%,大面积模块PCE达19.6%,隔离组件稳定性显著优于原始组件。
3、评估了钙钛矿太阳能模块在真实户外条件下的可靠性
研究团队在中国苏州对封装的PSM进行45天户外测试,结果显示模块在高温高湿条件下保持稳定功率输出,还证明了PSM在不同气候条件下的可靠性。
4、探索了孤立八面体诱导的增强稳定性的潜在机制
研究通过PL、TOF-SIMS和STEM-EDX分析发现,表面八面体隔离处理有效阻止了碘离子从钙钛矿层向ETL的不可逆迁移,减少了非辐射复合中心的产生,从而显著增强了钙钛矿太阳能电池的稳定性。
技术优势:
1、提出了钙钛矿表面八面体分离策略
作者通过将钙钛矿表面重建为零维结构,利用气相沉积的多齿配体将[PbI₆]⁴⁻八面体分离,有效阻止碘离子迁移到电荷传输层中,减少了表面离子缺陷,从而显著提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性和性能。
2、实现了大面积高效稳定钙钛矿太阳能模块
本工作成功制造了小面积单位电池(有效面积=0.16 cm²)和大面积PSM(孔径面积=785平方厘米),分别实现了25.3%和19.6%的效率。大面积PSM表现出优异的昼夜稳定性,预计T
80
寿命在25°C下的明暗操作下超过6.7年。