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破记录:效率超过24%的无甲胺CsxFA1-xPbX3钙钛矿太阳能电池

文章来源:网络发布时间:2022/05/27阅读量:

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无甲胺的铯甲脒钙钛矿具有更合适的带隙和更好的稳定性,是理想的光伏材料。然而,由于铯甲脒钙钛矿结晶过程和薄膜形貌难以控制,导致铯甲脒体系钙钛矿太阳能电池的光电转换效率明显落后于含有甲胺的钙钛矿太阳能电池。鉴于此,公司联合创始人兼首席科学家、清华大学电机系副教授易陈谊团队通过引入真空热蒸发镀膜制备碘甲脒(FAI)与传统的溶液制备卤化铅前驱体相结合(图1),制备出了高稳定性和高效率的太阳能电池。该成果近日以“Over 24% efficient MA-free CsxFA1-xPbX3 perovskite solar cells”为题发表在国际顶级学术期刊 《焦耳》(Joule)上。

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▲ 图1 蒸镀法制备CsxFA1-xPbX3钙钛矿流程示意图

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▲ 图2 基于不同方法制备的CsxFA1-xPbX3钙钛矿薄膜的太阳能电池效率(黑色为传统溶液法,蓝色为溶液+蒸镀法,红色为在原料中加PbCl2的溶液+蒸镀法)


与传统溶液法相比,真空热蒸发工艺能够制备出厚度可控且始终均匀的FAI薄膜,从而促进后续的FAI与卤化铅之间的化学转化反应,形成晶粒尺寸更大、结构缺陷更少、电子性能更优异的钙钛矿薄膜。通过该方法制备的太阳能电池表现出了优异光电性能,在AM1.5G标准光照下取得了最高24.1%(认证效率23.9%)的光电转换效率(图2),这是至今报道过的无甲胺铯甲脒钙钛矿太阳能电池效率的世界最高记录。与传统全溶液法制备的铯甲脒钙钛矿太阳能电池相比,该方法制备的器件表现出了更加优异的光、热和湿度稳定性。未封装的太阳能电池在干燥空气中放置20,000小时或暴露于50%湿度下1,000小时之后,仍保持了95%以上的初始光电转换效率。



这种引入真空热蒸发制备铯甲脒钙钛矿的工艺对生产环境的容忍度很高,在湿度较高的环境中仍然能够制备出性能优良的太阳能电池,且具有良好的可重复性,非常适用于工业化生产。

该工作得到了国家自然科学基金、清华大学电力系统国家重点实验室、国家电网国能生物科研项目基金的支持。



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《焦耳》(Joule)是Cell Press出版社旗下的第一本能源旗舰期刊,定位为《细胞》期刊的姊妹刊,自创刊以来获得了国际学术界的广泛关注与认可,主要收录能源相关领域的研究成果,2021年影响因子为41.248。


原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435122001933