Science：阳离子反应抑制包晶石降解高效稳定太阳能模块

一、 【科学背景】   

本文采用通过将N，N-二甲基亚甲基亚胺氯化物掺入钙钛矿前驱体溶液中，可以形成二甲基铵阳离子，并且以前未观察到的甲基四氢三嗪（([MTTZ]+)阳离子有效地改善了钙钛矿薄膜。这种阳离子的原位形成增加了碘空位的形成能，增强了碘离子和铯离子的迁移能垒，从而抑制了非辐射复合、热分解和相偏析过程。优化后的钙钛矿太阳能组件（PSM）实现了23.2%的创纪录（认证）功率转换效率（PCE），孔径面积为27.2 cm²，稳定PCE为23.0%。在1.0阳光照射下，在85°C和85%相对湿度下进行约1900小时的最大功率点跟踪后，封装的PSM保留了87.0%的初始PCE。华北电力大学新型薄膜太阳能电池北京市重点实验室、苏州大学、武汉大学等多个团队合作，报道了一种解决永久性太阳能组件（PSM）长期运行存在的稳定性问题，提高其功率转换效率（PCE）。相关研究成果以“Cation reactivity inhibits perovskite degradation in efficient and stable solar modules”为题目发表在国际顶级期刊Science上。这种方法通过阳离子反应的调控，可以有效地抑制钙钛矿材料的降解，从而提高太阳能模块的效率和稳定性。

二、【科学贡献】

图1 [Dmei]Cl钙钛矿薄膜的反应机理、形貌、元素分布和晶格。© 2024 Science

图2 热老化过程中钙钛矿薄膜的原位电导率和局部晶体结构。© 2024 Science

图3 光应力对钙钛矿薄膜PL峰强度和位置的影响。© 2024 Science

图4 PSM的光伏性能和长期运行稳定性。© 2024 Science 

三、【 创新点】  

1．[Dmei]⁺阳离子与钙钛矿前体溶液中的MA⁺和FA⁺阳离子反应以生成[DMA]⁺和[MTTZ]⁺阳离子。[MTTZ]⁺阳离子稳定了所得的钙钛矿结构，并增加了I⁻和Cs⁺离子的迁移势垒能，从而抑制了钙钛矿降解和相分离。

2. [MTTZ]⁺离子的引入提高了碘空位的形成能，改善了薄膜的结晶性，降低了非辐射复合损失，增强了电荷输运，从而获得了23.2%的PCE，并具有优异的稳定性。

四、【 科学启迪】

本文通过构建一种新的封装太阳能组件延长其工作稳定性的方法。通过处理钙钛矿太阳能电池，填补碘空位，增强表面致密性，提升防潮性和稳定性。氟离子替代碘离子，减少缺陷，抑制离子迁移，降低电荷捕获中心，增强电池性能。该技术有效提升了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性，尤其适用于大面积模块

制造不同面积的单电池和大面积太阳能模块，进一步证明了氟化物蒸汽处理技术有效提升了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。这些研究进展为钙钛矿太阳能电池的稳定性和效率提升提供了新的思路和方法，为未来的商业化应用奠定了基础。

原文详情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado6619#tab-contributors

本文由金爵供稿。