方案摘要
方案下载应用领域 | 能源/新能源 |
检测样本 | 太阳能 |
检测项目 | |
参考标准 | 符合 ATSM E 1021-15/ ASTM E948/ IEC 60904-8/ IEC 60904-7/ IEC 60904-1 |
钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和低成本制备,在过去十年间引发了广泛的研究热潮,并被认为是最有潜力替代传统硅太阳能电池的下一代光伏技术之一。近年来,PSCs 的效率不断提升,并不断刷新着世界纪录。 陕西师范大学刘生忠教授团队近期取得重大突破,他们通过一种新颖的异质种子辅助策略,成功地控制了 FAPbI3 的结晶过程,并制备出高质量的钙钛矿薄膜,最终实现了 25.29% 的能量转换效率 (PCE),为该领域的发展注入了新的活力。该研究成果发表在国际期刊《Energy & Environmental Science》上。
钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和低成本制备,在过去十年间引发了广泛的研究热潮,并被认为是最有潜力替代传统硅太阳能电池的下一代光伏技术之一。近年来,PSCs 的效率不断提升,并不断刷新着世界纪录。
陕西师范大学刘生忠教授团队近期取得重大突破,他们通过一种新颖的异质种子辅助策略,成功地控制了 FAPbI3 的结晶过程,并制备出高质量的钙钛矿薄膜,最终实现了 25.29% 的能量转换效率 (PCE),为该领域的发展注入了新的活力。该研究成果发表在国际期刊《Energy & Environmental Science》上。
异质种子辅助策略:控制结晶的关键
钙钛矿材料的结晶过程对器件的性能至关重要。传统的钙钛矿薄膜制备方法,通常采用溶液法,但这种方法容易导致薄膜质量不均匀,存在大量缺陷,影响器件的效率和稳定性。
刘生忠教授团队创新性地提出了异质种子辅助策略,利用 2,4-二氨基嘧啶 (DAP) 与钙钛矿前驱体之间的强相互作用,抑制溶剂主导的中间相形成,并促进 DAP-FA+[PbI3]- (δ) 异质种子的生成。这些异质种子在薄膜的初始形成阶段快速转变为所需的 α 相,引导后续的结晶过程,最终获得高结晶性的 α-FAPbI3 薄膜。
该团队首先使用化学气相沉积 (CVD) 方法在铜箔上生长出单层石墨烯 (SLG),并将其转移到光纤上,然后将光纤绕转石墨烯层,形成导电的光纤。再通过原子层沉积 (ALD) 技术沉积一层 Al2O3 薄膜作为介电层,并通过相同方法将另一层石墨烯卷绕在上面,形成器件的通道。最后,在通道层上沉积一层钙钛矿,作为器件的光敏元件。
异质种子辅助策略优势
l 控制结晶过程: 异质种子辅助策略可以有效控制钙钛矿的结晶过程,抑制不必要的中间相的形成,从而提高钙钛矿薄膜的质量。
l 促进 α 相形成: 异质种子可以引导钙钛矿薄膜向所需的 α 相转变,减少其他相的出现,从而提高器件的稳定性。
l 降低陷阱密度: 高结晶性的 α-FAPbI3 薄膜具有更低的陷阱密度,有利于电荷传输,减少电荷重组,提高器件的效率。
l 提高载流子寿命: 高结晶性的 α-FAPbI3 薄膜具有更长的载流子寿命,进一步提高了器件的效率和稳定性。
FAPbI3甲脒碘化铅有机无机混合钙钛矿材料
特性
1. 高光吸收係数光电特性,直接能隙约为1.48电子伏特(eV),在可见光范围内有良好的吸收性能,适合用于光伏应用。
2. 具有钙钛矿结构结晶特性,高品质的FAPbI3薄膜可以提供平滑的表面和较少的缺陷,于提高光电转换效率非常重要。
3. 环境稳定性上,对湿度和温度较为敏感,高湿度环境下易分解。通常需要添加稳定剂或者进行封装来保护材料。
4. 製备方法上可以通过溶液製程(如旋转涂佈法)来製备,简便且成本低,有利于大规模生产。过程中通常需要进行退火处理,以促进晶体生长并提高薄膜的结晶品质。
5. 光伏应用前景,其优异的光电特性和潜在的高效率,被认为是下一代高效太阳能电池的潜力材料。还具有应用于LED和光检测器等光电子器件的潜力。
突破性的成果
使用异质种子辅助策略制备的倒置钙钛矿太阳能电池,能量转换效率 (PCE) 达到 25.29%。
器件表现出非凡的长期稳定性,表明该策略可以有效提高器件的稳定性,为钙钛矿太阳能电池的实际应用提供了新的可能性。
未来展望
刘生忠教授团队的突破性研究成果,为钙钛矿太阳能电池的发展提供了新的思路。未来,研究人员将继续探索更有效的结晶控制方法,并结合先进的表征手段和模拟计算,进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性,推动该技术走向商业化应用。
原文出处: Energy & Environmental Science
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