基于碳負(fù)離子的倒置鈣鈦礦太陽能電池效率達到 25.16%

近日，來自寧波科技大學(xué)、湖南工程學(xué)院、杭納納米制造設(shè)備有限公司和馬來西亞沙巴大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種具有基于鉛碳負(fù)離子 (Pb–C) 的界面鈍化器的倒鈣鈦礦太陽能電池–)，據(jù)報道，該器件實現(xiàn)了倒置鈣鈦礦 PV 器件有史以來最高的開路電壓。鉛碳負(fù)離子層負(fù)責(zé)減少鈣鈦礦層和電子傳輸層之間界面處的缺陷。

倒置鈣鈦礦電池或“p-i-n”電池在內(nèi)稟鈣鈦礦層 i 的底部具有空穴選擇性觸點 p，電子傳遞層 n 位于頂部。傳統(tǒng)的鹵化物鈣鈦礦電池具有相同的結(jié)構(gòu)，但結(jié)構(gòu)相反——“n-i-p”布局。在 n-i-p 結(jié)構(gòu)中，太陽能電池通過電子傳輸層 (ETL) 側(cè)被照亮;在 P-I-N 結(jié)構(gòu)中，它通過空穴傳輸層 (HTL) 表面被照亮。倒置鈣鈦礦太陽能電池以其令人印象深刻的穩(wěn)定性而聞名，但一直受到相對較低的效率的阻礙。這個問題主要出現(xiàn)在鈣鈦礦層與電子傳輸層相遇的地方，導(dǎo)致能量損失而不是轉(zhuǎn)化為有用的功率，主要是由載流子復(fù)合引起的，尤其是在鈣鈦礦和電子傳輸層之間的界面處。

該團隊解釋說，鉛碳負(fù)離子絡(luò)合物是探索和了解最少的碳絡(luò)合物物種之一，到目前為止，僅在液相中觀察到。在他們最近的工作中，研究人員報告了塊狀鉛碳陰離子絡(luò)合物的合成，并著手探索它們對鈣鈦礦太陽能電池光電特性的影響。

科學(xué)家們解釋說，在碳負(fù)離子處理下，殘留的鉛陽離子 (Pb2+) 在界面上可以被中和并完全協(xié)調(diào)。他們使用光致發(fā)光 (PL) 映射和掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像對鈣鈦礦薄膜的特性進行了全面研究，發(fā)現(xiàn)碳負(fù)離子鈍化減少了富含缺陷的結(jié)構(gòu)域并減少了鈣鈦礦表面的晶粒隔離。

該小組用由氧化銦錫 (ITO) 制成的襯底、作為 HTL 的自組裝單層 (SAM)、鈣鈦礦吸收劑、Pb-C 制造了太陽能電池–鈍化劑、基于苯基 C61-丁酸甲酯 (PCBM) 的 ETL、浴銅堿 (BCP) 緩沖層和銀 (Ag) 金屬觸點。

據(jù)報道，在標(biāo)準(zhǔn)照明條件下進行測試，該設(shè)備的效率高達 25.16%，開路電壓為 1.17 V，短路電流密度為 25.30 mA/cm2填充因子為 85.0%。

據(jù)科學(xué)家稱，性能主要歸因于 1.17 V 的高開路電壓和 0.38 V 的最小電壓損耗。據(jù)說該團隊實現(xiàn)了倒置鈣鈦礦 PV 器件有史以來最高的開路電壓。

展望未來，該研究小組正計劃研究其他具有不同陽離子的鉛碳陰離子絡(luò)合物，預(yù)計這些絡(luò)合物將合成更多的晶體，并且應(yīng)該會找到太陽能光伏以外的應(yīng)用。