隨著全球能源危機(jī)的加劇和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，太陽能作為一種清潔、可再生的能源，其開發(fā)和利用受到了廣泛關(guān)注。在眾多
太陽能電池技術(shù)中，
鈣鈦礦太陽能電池因其高效率、低成本和制造簡便等優(yōu)勢(shì)脫穎而出。尤其是全鈣鈦礦疊層太陽能電池(Tandem Solar Cells, TSCs)，因其潛在的高效率而備受關(guān)注。然而，作為底部低帶隙子電池的錫鉛(Sn-Pb)鈣鈦礦，由于其對(duì)氧化的敏感性和晶體形態(tài)的不完善，導(dǎo)致在界面處的非輻射復(fù)合嚴(yán)重，這限制了電池效率的進(jìn)一步提升。
在這項(xiàng)研究中，研究人員報(bào)道了一種表面修飾劑4-(三氟甲基)苯酰肼(TFH)，它能夠在鈣鈦礦薄膜表面構(gòu)建還原性化學(xué)環(huán)境，保護(hù)鈣鈦礦免受水和氧氣的侵蝕。TFH通過雙位點(diǎn)結(jié)合優(yōu)先垂直錨定在Sn-Pb鈣鈦礦上，形成界面偶極子，促進(jìn)電荷提取。TFH的還原性肼基團(tuán)能有效抑制Sn2+和I?的氧化，從而減少Sn-Pb鈣鈦礦的缺陷密度和能量無序。因此，經(jīng)TFH處理的器件實(shí)現(xiàn)了22.88%的冠軍光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)，并在連續(xù)500小時(shí)的單日光照射下保持了超過93%的初始效率。結(jié)合1.79 eV的寬帶隙子電池，展示了全鈣鈦礦TSCs中28.17%的PCE。
圖1 DFT計(jì)算模型顯示TFBH、TFA和TFH在Sn-Pb鈣鈦礦表面的吸附模型。展示了TFBH、TFA和TFH在鈣鈦礦表面的取向排列示意圖以及它們的分子結(jié)構(gòu)和電靜勢(shì)(ESP)圖像。
圖2 TFBH、TFA和TFH與SnI2、PbI2混合的1H NMR譜圖。XPS譜圖顯示了鈣鈦礦薄膜的Sn 3d和Pb 4f的光譜。FTIR譜圖顯示了TFH及其與SnI2、PbI2混合后的光譜。UV-vis光譜顯示了添加TFH與否的SnI2溶液在空氣中的氧化過程。
圖3 控制組和目標(biāo)組Sn-Pb鈣鈦礦薄膜的PL映射圖。TRPL衰減曲線。TPV衰減曲線。sEQE光譜。TPC光譜。Mott-Schottky曲線。暗J-V曲線。經(jīng)TFH處理的鈣鈦礦薄膜在單日光照射下浸泡在甲苯溶液中9小時(shí)后的UV-vis吸收光譜。
圖4 Sn-Pb PSCs的器件結(jié)構(gòu)示意圖?？刂平M和目標(biāo)組Sn-Pb PSC器件的J-V曲線。目標(biāo)Sn-Pb器件的EQE光譜和積分JSC曲線?？刂平M和目標(biāo)組Sn-Pb器件在單日光照射下的穩(wěn)態(tài)功率輸出(SPO)。未封裝器件在氮?dú)夥諊逻B續(xù)500小時(shí)單日光照射下的最大功率點(diǎn)(MPP)跟蹤。
圖5 全鈣鈦礦TSCs的器件結(jié)構(gòu)示意圖。全鈣鈦礦串聯(lián)器件的橫截面SEM圖像。控制組和目標(biāo)組全鈣鈦礦TSCs的J-V曲線。最佳串聯(lián)器件的EQE光譜。30個(gè)控制組和30個(gè)目標(biāo)組TSCs的PCE統(tǒng)計(jì)圖。最佳串聯(lián)器件在單日光照射下的最大電壓1.80V下的SPO。
這項(xiàng)研究通過優(yōu)化界面上鈍化分子的取向，顯著提升了Sn-Pb
鈣鈦礦太陽能電池的性能，并成功將這一優(yōu)化應(yīng)用于全鈣鈦礦TSCs中。TFH的后處理有效地抑制了Sn2+的氧化，減少了Sn-Pb鈣鈦礦薄膜表面的缺陷密度，并減輕了界面處的非輻射復(fù)合，從而延長了載流子壽命。TFH與金屬陽離子的螯合使其能夠牢固地錨定在鈣鈦礦表面，改變表面電勢(shì)，降低功函數(shù)，并促進(jìn)電荷的提取和轉(zhuǎn)移。TFH的存在使得Sn-Pb PSCs實(shí)現(xiàn)了22.88%的高PCE，全鈣鈦礦TSCs實(shí)現(xiàn)了28.17%的PCE。得益于TFH對(duì)鈣鈦礦表面的保護(hù)作用，目標(biāo)器件展現(xiàn)出比控制器件更好的穩(wěn)定性。這一策略為未來全鈣鈦礦TSCs的改性提供了潛力。
聲明：
“南科大《AEM》：雙位點(diǎn)錨定實(shí)現(xiàn)垂直分子取向，提升全鈣鈦礦疊層太陽能電池效率” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：南科大
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