香港城市大学Nature Photonics：新型添加剂助力获得效率24.5%的倒置钙钛矿太阳能电池

NSCD 1年前 (2023-06-02) 1804浏览

  • 【导读】

钙钛矿薄膜太阳能电池作为新一代太阳能电池的代表受到广泛关注。添加剂调控钙钛矿薄膜生长是提升太阳能电池转换效率和长期稳定性的重要手段。因此，寻找一种既能够促进钙钛矿薄膜生长同时又与太阳能电池制备工艺兼容的添加剂是目前研究的重点。

  • 【成果掠影】

近日，香港城市大学Alex K. -Y. Jen团队在Nature Photonics上发表了新的研究论文，通过引入一种非挥发性添加剂促进含有氢键的中间体的形成，从而实现了对钙钛矿薄膜生长动力学的调控。在本研究中，作者首先强调了添加剂对钙钛矿结晶过程的重要作用和一步法中传统添加剂在退火过程中的挥发所导致的钙钛矿薄膜的劣化。基于以上分析，作者展示了一种非挥发性添加剂4-胍基苯甲酸盐酸盐（GBAC）可以引入含氢键中间体实现对钙钛矿结晶动力学的调控从而获得大晶粒尺寸、共格晶粒生长的钙钛矿薄膜；同时，该添加剂还能够有效钝化晶界，排除缺陷态。基于这种中间体，作者显著降低了钙钛矿薄膜的非辐射跃迁，并获得了认证效率为24.5%的倒置钙钛矿太阳能电池。进一步的稳定性测试表明，在氮气手套箱内65±5 oC连续加热条件下未封装器件的T98（性能下降至初始时98%的时间）超过1000小时。相关研究文章以“Hydrogen-bond-bridged intermediate for perovskite solar cells with enhanced efficiency and stability”为题发表在Nature Photonics上。

  • 【核心创新点】

通过一种多功能、非挥发性添加剂实现对钙钛矿薄膜生长动力学的控制，显著降低非辐射跃迁从而获得高效率的倒置钙钛矿太阳能电池。

  • 【数据概览】

图1. 钙钛矿薄膜的化学相互作用和形貌表征。©2023 Springer Nature

图2. 原位发射光谱比较钙钛矿薄膜生长动力学。©2023 Springer Nature

图3. 结构分析和中间相诱导结晶的DFT计算 ©2023 Springer Nature

图4. 钙钛矿太阳能电池的光伏性能和稳定性表征 ©2023 Springer Nature

  • 【成果启示】

综上，新型添加剂对钙钛矿薄膜的生长动力学的调控具有重要意义，这为进一步实现大面积高质量钙钛矿薄膜的生长提供了基础。

 

原文详情：Hydrogen-bond-bridged intermediate for perovskite solar cells with enhanced efficiency and stability. Nature Photonics, 2023

 

DOI:https://doi.org/10.1038/s41566-023-01180-6

 

本文由NSCD供稿。   

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