一個(gè)國際研究小組制造了一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，據報道其具有較低的非輻射復合和缺陷態(tài)密度。
“我們的研究引入了一種創(chuàng )新的碘化鉛 (PbI2) 二次生長(cháng)和 π-π 堆疊調節策略，可提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光伏效率和穩定性，”該研究的主要作者 Mojtaba Abdi-Jalebi 告訴《光伏》雜志。“通過(guò)使用 4-氟苯酰胺 (FBA) 促進(jìn)受控的 PbI2 成核和結晶，我們獲得了具有大晶粒和最小化缺陷狀態(tài)的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜，將電池效率從 22.06% 提高到 23.62%。”
π-π堆積相互作用是現代化學(xué)和分子生物學(xué)中應用的一種非破壞性非共價(jià)相互作用，具有結合力強、制備過(guò)程無(wú)損、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
Abdi-Jalebi 表示：“通過(guò) FBA 與碘化鉛 (Pb-I) 框架之間的 π-π 堆積和氫鍵相互作用，我們顯著(zhù)穩定了 PbI6 骨架，解決了碘損失問(wèn)題——這是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能下降的關(guān)鍵因素。這種方法不僅增強了 Pb-I 結構在熱和光應力下的彈性，而且在 1,300 小時(shí)內實(shí)現了 96% 的初始效率保持率，為實(shí)現穩定、商業(yè)上可行的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池鋪平了道路。”
該團隊利用吉布斯自由能低、結晶度高的多孔 PbI2 薄膜構建了大顆粒、低缺陷的鈣鈦礦吸收體。吉布斯自由能是物質(zhì)可用于化學(xué)轉化或反應的可用能量。
該電池由氧化銦錫(ITO)制成的基板、氧化錫(SnO2)制成的電子傳輸層(ETL)、鈣鈦礦吸收劑、依賴(lài)于螺環(huán)-OMeTAD的空穴傳輸層(HTL)、基于間隔物的苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)和銀(Ag)金屬觸點(diǎn)構成。
在標準光照條件下測試，器件光電轉換效率為23.62%，開(kāi)路電壓為1.17 V，短路電流密度為26.19 mA/cm2，填充因子為77.24%;未經(jīng)FBA處理構建的參考電池效率為22.07%，開(kāi)路電壓為1.15 V，短路電流密度為25.19 mA/cm2，填充因子為76.47%。
在空氣中暴露 1,000 小時(shí)后，該電池仍能保持 77% 的效率，而參考設備的效率為 58%。
研究小組解釋說(shuō)：“目標鈣鈦礦電池在濕度和熱穩定性測試中都表現出了優(yōu)異的穩定性。”“在順序沉積方法中調節 PbI2 晶體生長(cháng)對于優(yōu)化鈣鈦礦晶體的后續生長(cháng)至關(guān)重要。”
這一新穎的電池概念是在《化學(xué)工程雜志》上發(fā)表的一項研究“碘化鉛二次生長(cháng)和 π-π 堆疊調節使順序鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率達到 23.62% ”中提出的。
該研究團隊由中國西南石油大學(xué)、重慶大學(xué)和英國倫敦大學(xué)學(xué)院馬萊特廣場(chǎng)分校的科學(xué)家組成。
