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IAM团队辛颢教授课题组在钙钛矿太阳能电池方向取得新进展

太阳能电池的研究是人们应对全球化石能源危机、温室效应和实现绿色可持续发展的重要途径,其中钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能电池的新秀,在近年来异军突起。已报道的其单结电池的光电转化效率高达22%,远远高于薄膜、染料和量子点敏化太阳能电池的效率,可与硅基太阳能电池相媲美。但是,这些高效率的电池主要是基于高温烧结TiO2的正向结构电池,反向平面钙钛矿太阳能电池由于缺乏TiO2介孔支撑层一般效率较低,稳定性较差,然而反向平面结构是未来发展低温、柔性和叠层钙钛矿太阳能电池的关键。因此,发展高效、稳定反向平面钙钛矿太阳能电池具有潜在的理论和实际应用价值。

近日,南京邮电大学IAM团队的辛颢教授课题组通过调控钙钛矿吸光材料的组成来改善钙钛矿太阳能电池的稳定性,同时提高电池的光电转换效率达18.1%

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1. 电池结构示意图;最高电池效率和稳定性曲线。

本工作的亮点在于系统地研究了钙钛矿吸光材料组分变化对电池电流密度、开路电压和填充因子的影响。首先通过使用溴(Br)元素取代经典钙钛矿材料MAPbI3中的碘(I)元素,可以扩大钙钛矿材料(MAPbBrxI3-x)的能带隙,提高电池的开路电压,同时短路电流密度逐渐减小(吸收光谱蓝移造成的),钙钛矿材料的激子寿命也呈现出先升后降的现象。在Br掺杂浓度为13%时,电池的转换效率为17.3%。进一步通过引入甲脒(FA)阳离子取代甲胺(MA)阳离子,在钙钛矿组成为(FAI)0.8(MABr)0.2PbI2时,其薄膜的激子寿命达到670ns,通过优化得到18.1%的光电转换效率。并且由于在钙钛矿材料中引入Br元素和FA阳离子,理论上钙钛矿薄膜的稳定性相对于MAPbI3有了较大提高,而实际得到的电池显示出优异的稳定性。放置在氧气含量为100ppm,水含量为 0.01 ppm,温度为30 oC的手套箱内,前两周内电池性质基本没有变化,在继续放置4个月后,电池依然保持有14.5%的转换效率。作者推测若对电池进行封装后,电池的稳定性会进一步改善。

该项研究结果为未来柔性和叠层钙钛矿太阳能电池的发展打下了良好的基础。


Weibo Yan, Haixia Rao, Chen Wei, Zhiwei Liu, Zuqiang Bian, Hao Xin,Wei Huang; “Highly efficient and stable inverted planar solar cells from (FAI)x(MABr)1xPbIperovskites”; Nano Energy 2017, 35, 62-70, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.03.001.

文章链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517301325.

文章附件:Nano_Energy-辛颢教授.pdf