黄劲松最新Sci. Adv. : 空隙对钙钛矿太阳能电池热和光稳定性的影响

NSCD 2年前 (2022-10-03) 2341浏览

  • 【导读】

钙钛矿太阳能电池由多层具有不同功能的薄膜组成，每层的形貌和层与层之间的界面性质都对太阳能电池性能有着重要影响。目前，关于表层缺陷与太阳能电池性能的关系的研究已经十分广泛和深入，然而对于深层界面缺陷的研究仍处于起步阶段。

  • 【成果掠影】

近日，北卡罗莱纳大学黄劲松团队在Science Advances发表了新的研究论文，系统地探讨了钙钛矿太阳能电池在后续退火和光照处理过程中所生成的深层界面空隙对太阳能电池性能的影响。作者首先通过优化钙钛矿薄膜在基底上的沉积过程，实现了无界面空隙的薄膜沉积。随后利用退火和光照两种后处理手段诱导界面空隙的形成，生成的空隙沿晶界聚集，平均尺寸为150 nm，占薄膜体积的0.25%。作者认为，后处理过程中空隙形成的主要原因有两点：（1）高沸点残留溶剂DMSO的蒸发（2）非晶相到晶相的转变导致的薄膜体积收缩。接下来，作者研究了界面空隙对太阳能电池的热和光稳定性的影响。令人意外的是，后处理过程中生成的界面空隙不仅对太阳能电池性能没有负面影响反而在一定程度上提升了太阳能电池的稳定性（T90是参比器件的两倍以上）。这被归结于非晶相晶化抑制了非晶相中离子迁移导致的间隙碘离子的形成。

相关研究文章以“Influence of voids on the thermal and light stability of perovskite solar cells”为题发表在Science Advances上。

  • 【核心创新点】

首次对深层界面空隙进行了系统研究，并阐明了后处理所生成的界面空隙对太阳能电池稳定性的影响。

  • 【数据概览】

图1. 空隙的生成与退火时间的关系和相应空隙体积的统计 ©2022 the authors

图2. 不同过程导致的钙钛矿体积变化的示意图 ©2022 the authors

图3. 稳定性测试过程中晶粒的生长 ©2022 the authors

图4. 钙钛矿太阳能电池稳定性测试 ©2022 the authors

图5. 器件工作和退火过程中缺陷密度的演化 ©2022 the authors

  • 【成果启示】

综上，通过形成深层界面空隙来去除钙钛矿薄膜中的非晶相是提升钙钛矿太阳能电池的稳定性的崭新手段，对于促进钙钛矿电池商业化有重要意义。

文章链接：Influence of voids on the thermal and light stability of perovskite solar cells. Sci. Adv., 2022, 8, DOI: 10.1126/sciadv.abo5977

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