南京大学谭海仁团队 -宽禁带钙钛矿太阳电池光电转换效率至19.6%

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光致卤素分离会限制宽禁带钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。利用溶液后处理形成混合二维/三维异质结构是一种典型的改善钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的策略。但是,由于表面重构的组成相依性,传统的溶液后处理对于缺乏甲铵和富集铯/溴的宽禁带钙钛矿太阳能电池来说并不适用。研究人员开发了一种通用的三维到二维钙钛矿转化方法,在宽禁带钙钛矿层(1.78 eV)上实现优先生长更高维数(n ≥ 2)的二维结构。这种技术首先通过蒸气辅助双步骤沉积程序沉积一层规则的三维MAPbI3薄层,随后将其转化为二维结构。这种二维/三维异质结构抑制了光致卤素分离,减少了非辐射界面重组,并促进了荷电子提取。宽禁带钙钛矿太阳能电池达到了19.6%的光电转换效率,开路电压1.32 V。与热稳定的FAPb0.5Sn0.5I3窄禁带钙钛矿串联后,全钙钛矿串联太阳能电池达到了28.1%的稳定光电转换效率,在连续855小时1太阳光照射下,保持了90%的初始性能。本研究采用Enlitech产品进行量测。最近,关于钙钛矿太阳能电池的最新研究取得重大突破。研究人员利用创新技术,显著提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和长期稳定性。过去研究发现,光照会导致钙钛矿材料中的卤素发生分离,进而限制太阳能电池的效率和稳定性。利用溶液处理优化钙钛矿的表面结构是提升电池性能的常用方法。但是对于某些组分的钙钛矿材料而言,传统溶液处理效果并不理想。为解决这一难题,研究团队开发出一种将三维钙钛矿转化为二维结构的通用技术。他们先在钙钛矿表面沉积规则的三维薄层,再将其转化为二维结构。这种二维/三维异质结构有效抑制了光致卤素分离。应用此项技术,宽禁带钙钛矿太阳电池的光电转换效率达到19.6%,开路电压1.32V,均创新高。与其他钙钛矿材料串联后,全钙钛矿串联太阳电池效率可达28.1%,并展现出优异的长期稳定性。该研究结果发表于顶级学术期刊。研究人员表示,这项通用转化技术为宽禁带钙钛矿太阳能电池的发展开创了新局面,有望大幅推动钙钛矿太阳能电池的商业化进程。相信该研究成果将为可再生能源的进一步发展提供重要支撐。a、b 在a开路和b短路条件下用于研究Cs0.2FA0.8Pb(I0.6Br0.4)3光伏电池光稳定性的器件结构。c、d 在c开路和d最大功率点跟踪条件下照明WBG器件的 J–V 曲线演化。e、f 在e开路和f短路条件下照明光伏电池的PL光谱。样品在532 nm激光器照射10 min下激发。插图显示了在开路和短路条件下照明器件的能带对齐示意图。CBM导带极小,VBM价带极大,EF,N电子准费米能级,EF,P空穴准费米能级。a 控制组、标准二维和VAQ-2D处理后的Cs0.2FA0.8Pb(I0.6Br0.4)3器件的_J–V_曲线。b VAQ-2D处理器件的PCE分布。c 标准二维或类二维传递的WBG器件的EQE曲线。不同带隙的VAQ-2D优势器件的_J–V_ 曲线。d 控制组、标准二维和VAQ-2D处理后的DMA0.1Cs0.4FA0.5Pb(I0.72Br0.24Cl0.04)3器件的_J–V_曲线。e 在室内环境下,在全光谱照明(AM 1.5 G,100 mW cm−2)下,封装的控制组和VAQ-2D器件的MPP跟踪测量。f、g 在室内空气环境下,在全光谱照明(AM 1.5 G,100 mW cm−2)下开路条件封装的控制组和VAQ-2D器件的PCE和详细参数演化。误差条代表从五个器件测量的PCE的标准偏差。