中科院高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池研究獲進展
【環(huán)球網(wǎng)科技綜合報道】8月3日消息,記者從中科院官網(wǎng)了解到,近日,半導(dǎo)體所研究員游經(jīng)碧帶領(lǐng)團隊發(fā)現(xiàn),通過在鈣鈦礦材料中引入少量氯化銣(RbCl),可將常見的引起鈣鈦礦不穩(wěn)定的二次相PbI2轉(zhuǎn)化成為全新的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好的(PbI2)2RbCl(簡稱PIRC))。
相關(guān)研究成果以Inactive (PbI2)2RbCl stabilizes perovskite films for efficient solar cells為題,發(fā)表在Science上。
據(jù)介紹,鈣鈦礦太陽能電池具有成本低、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點。經(jīng)過十多年的快速發(fā)展,鈣鈦礦單結(jié)電池效率已超過25%,基于鈣鈦礦的多結(jié)疊層電池效率已超過30%,鈣鈦礦太陽能電池被認為是未來頗具應(yīng)用潛力的光伏技術(shù)之一。
光電轉(zhuǎn)換效率是太陽能電池的核心指標之一,為實現(xiàn)高效率的鈣鈦礦太陽能電池,常采用可與鈣鈦礦形成I型異質(zhì)結(jié)能級結(jié)構(gòu)的二次相碘化鉛(PbI2)來阻擋載流子在多晶鈣鈦礦晶界或表面缺陷處復(fù)合。此前,中國科學院半導(dǎo)體研究所發(fā)現(xiàn)基于二次相PbI2的鈣鈦礦電池較難兼顧效率和穩(wěn)定性(Advanced Materials,2017,29,1703852),原因在于PbI2二次相的存在或提供了鈣鈦礦分解以及離子移動通道,使鈣鈦礦材料以及電池器件長期穩(wěn)定性較差,且易產(chǎn)生較大的電滯。因此,如何設(shè)計穩(wěn)定的二次相,既能實現(xiàn)鈍化鈣鈦礦缺陷,又能獲得穩(wěn)定的鈣鈦礦吸光材料,從而實現(xiàn)既高效又穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池是當前該領(lǐng)域的重要課題之一。
據(jù)了解,該研究實現(xiàn)了85oC條件下鈣鈦礦材料熱穩(wěn)定性大幅度提升,同時鈣鈦礦材料的離子遷移勢壘提高了3倍,離子遷移得到有效抑制。此外,研究發(fā)現(xiàn)通過抑制PbI2消除了鈣鈦礦/PbI2界面的強限域?qū)е碌哪軒ё兇髥栴},減小了鈣鈦礦材料的帶隙,擴展了對太陽光吸收范圍?;讷@得的高穩(wěn)定性、光吸收擴展的鈣鈦礦材料,該團隊研制出認證效率為25.6%的鈣鈦礦太陽能電池),為目前公開發(fā)表的單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池世界最高效率。電池器件1000小時放置和85攝氏度加速老化分別保持初始效率的96%和80%。
另外,該工作同時實現(xiàn)了鈣鈦礦太陽能電池的高光電轉(zhuǎn)換效率和高穩(wěn)定性,為鈣鈦礦電池的進一步發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實的基礎(chǔ)。
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