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【前沿】钙钛矿太阳能电池商业化进程的巨大进步

编辑:pg电子娱乐官方网站 来源:pg电子娱乐官方网站 创发布时间:2020-12-03阅读59533次
  

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【章节】钙钛矿太阳能电池自从2009年首次报导以来早pg电子游戏已获得了极大进展。大部分溶液法制取的钙钛矿太阳能电池已证书的效率超过20%以上。

然而完全所有高效率的钙钛矿太阳能电池都是用旋涂法制取的,这种制取方法无法符合工业化的高吞吐量与规模化制取的拒绝。研究者研发了几种限于于规模化生产的钙钛矿薄膜制取方法,如:刮刀填充物法、喷雾沉积法、喷墨打印机法和电沉积等。其中,由于刮刀填充物法的基底温度高效率,因此在规模化制取高质量、大晶粒钙钛矿薄膜方法中脱颖而出。

有一点难过的是刮刀填充物法制取的钙钛矿太阳电池效率以及高达19%,早已十分相似旋涂法制取的器件。商业化生产不仅要符合与规模化生产,还要符合生产成本低。但是现在钙钛矿太阳能电池都必须便宜的空穴传输层来构建高效率,如spiro-OMeTAD等。此外,上言水性的空穴传输层的不存在造成将钙钛矿薄膜很难刮涂上去。

因此考虑到将空穴传输层去除不仅不利于减少材料成本,还不利于减少生产成本,节约时间。然而在去除空穴传输层后,钙钛矿薄膜与ITO的功函数不给定造成空穴很难从钙钛矿传输至ITO层,因此造成器件效率低落。如何解决问题功函数给定问题是制取无空穴层高效钙钛矿太阳能电池面对的极大挑战。【成果概述】近日,北卡罗纳大学和内布拉斯加大学林肯分校的黄劲松教授在Nat.Commun.上公开发表了一篇为题“Moleculardopingenabledscalablebladingofefficienthole-transport-layer-freeperovskitesolarcells”的文章。

该文章报导了一种分子掺入策略顺利的解决问题了钙钛矿与ITO的能带不给定问题,构建了效率高约20%的无空穴传输层钙钛矿太阳能电池,此外该研究因应刮刀填充物法顺利构建了高效太阳能电池的量产化。【图文概述】图1:刮刀填充物法和掺入F4TCNQ分子的钙钛矿薄膜(a)刮刀填充物钙钛矿薄膜示意图和F4TCNQ掺杂剂的化学结构式;(b)基底为150摄氏度,风吹涂抹在ITO上的钙钛矿薄膜的侧面SEM图;(c-h)无掺入钙钛矿薄膜的AFM图(c)和表面势垒图(f);F4TCNQ掺入钙钛矿薄膜的AFM图(d)和表面势垒图g);将F4TCNQ颗粒淋在杂钙钛矿薄膜的AFM图(e)和表面势垒图(h);(i)有所不同钙钛矿膜表面电位产于;(j)MAPbI3:F4TCNQ共混物能量图和电子移往过程示意图。图2:显钙钛矿薄膜和掺入钙钛矿薄膜的电导率和光致发光寿命(a)钙钛矿薄膜纵向电导率的测试模型;(b)掺入与无掺入钙钛矿薄膜的I-V曲线;(c)时间辨别光致发光曲线;(d)导电原子力显微镜测试方法;(e-h)无掺入的钙钛矿薄膜的晶粒形貌AFM图(e)和在晶粒上与晶界上的C-V图(f);掺入的钙钛矿薄膜的晶粒形貌AFM图(g)和在晶粒上与晶界上的C-V图(h)。图3:钙钛矿薄膜形貌,器件结构与光伏性能(a-b)掺入钙钛矿薄膜的低分辨率与高分辨率SEM图;(c)无空穴层钙钛矿电池器件结构图;(d)J-V曲线;(e)稳态电流和稳态PCE测试;(f)EQE和分数电流;(g)器件效率的统计资料分布图。

图4:界面空穴移往机理(a)空穴在ITO/MAPbI3界面移往示意图;(b)空穴在ITO/F4TCNQ-MAPbI3界面移往示意图。【小结】该研究首先利用刮刀填充物法解决了大规模制取高质量钙钛矿薄膜难题,然后通过分子掺入法解决问题了高效率无空穴传输层钙钛矿电池的难题。

最后器件效率高约20%,并且完全无延缓效应。该研究为钙钛矿太阳能电池商业化带给了曙光。

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