寧波材料所在倒置結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得重要進(jìn)展

2024-03-06 10:02:55 來源：中國科學(xué)院寧波材料所閱讀量：13129 評論

　　【塑料機(jī)械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】雙碳政策驅(qū)動下的光伏需求逐步呈現(xiàn)井噴式增長，未來光伏在一次性能源消費領(lǐng)域的占比將從不到1%提升到25%以上，光伏市場前景可期。鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）作為第三代新型太陽能電池，其單結(jié)電池實驗室認(rèn)證效率(PCE)已經(jīng)達(dá)到26.14%，可與晶硅太陽能電池相媲美。PSCs在制備工藝和制造成本方面更具優(yōu)勢，未來有望替代晶硅電池，并將掀起光伏行業(yè)的新一輪技術(shù)變革。然而，鈣鈦礦薄膜中非輻射復(fù)合位點的存在以及鈣鈦礦光活性層和電荷傳輸層之間的能級不匹配是載流子收集和能量利用的障礙，導(dǎo)致嚴(yán)重的開路電壓（VOC）損失；而且，鈣鈦礦薄膜中的缺陷在帶隙內(nèi)會產(chǎn)生阱能態(tài)，從而捕獲載流子，加速了PSCs的降解。

　　為解決這一問題，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所有機(jī)光電材料與器件團(tuán)隊在葛子義研究員的帶領(lǐng)下，前期通過薄膜形貌調(diào)控、新型二維鈣鈦礦材料設(shè)計和載流子傳輸層修飾等手段，大幅提升了剛性和柔性鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性。

　　前期研究成果

　　Energy Environ. Sci. 2023, 16, 5423;

　　Adv. Mater. 2023, 2302752;

　　Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e2022175;

　　Adv. Funct. Mater. 2023, 2301956;

　　Infomat 2022, e12379；

　　Nano Energy 2022, 93, 106800；

　　Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630；

　　Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416

　　近日，針對鈣鈦礦薄膜中晶體學(xué)缺陷多和鈣鈦礦太陽能電池的VOC損失嚴(yán)重的問題，團(tuán)隊設(shè)計了多功能三氟硼酸鹽（PTFBK）作為鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的添加劑。除了同時鈍化鈣鈦礦薄膜中的陰離子和陽離子缺陷外，PTFBK還可以優(yōu)化器件的能級排列，削弱載流子與縱向光學(xué)聲子之間的相互作用，從而使載流子壽命大于3 µs。此外，還抑制了非輻射復(fù)合，提高了鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶能力。因此，剛性和柔性倒置鈣鈦礦太陽能電池分別獲得了24.99%和23.48%的功率轉(zhuǎn)換效率。更重要的是，由于甲脒和氟之間的氫鍵作用，器件表現(xiàn)出顯著的熱、濕度和最大功率點跟蹤下的運行穩(wěn)定性。同時，鈣鈦礦層中降低的楊氏模量和殘余應(yīng)力也為柔性器件提供了良好的彎曲穩(wěn)定性。

　　圖1(a)添加劑與鈣鈦礦相互作用示意圖；(b)熱載流子釋放過程示意圖；(c)鈣鈦礦太陽能電池器件結(jié)構(gòu)及J-V特性曲線

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