有機(jī)--無機(jī)雜化鈣鈦礦電池經(jīng)過10余年快速發(fā)展,其光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)可以與單晶硅電池相媲美,在進(jìn)一步提升電池效率和穩(wěn)定性的同時,推動其產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)提上日程。
其中,在小面積器件拓展到大面積模塊的過程中,因能量損耗而引起電池性能損失,是當(dāng)前科學(xué)和產(chǎn)業(yè)研究急需解決的核心問題之一,對于進(jìn)一步提高鈣鈦礦電池模塊效率,促進(jìn)其大面積化和產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。
中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心孟慶波團(tuán)隊(duì)是國內(nèi)最早開展鈣鈦礦電池研究的團(tuán)隊(duì),在高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的制備、電池效率和穩(wěn)定性提升方面開展了系統(tǒng)研究,發(fā)展了一系列體相、界面調(diào)控方法及相關(guān)穩(wěn)定性研究。
例如,首次提出界面鈍化作用的穩(wěn)定性對于器件整體穩(wěn)定性至關(guān)重要,利用三芐基氧化膦(TBPO)分子間π-π共軛誘導(dǎo)形成表面分子超結(jié)構(gòu),獲得高穩(wěn)定TBPO-鈣鈦礦配位和鈍化作用,顯著提升了電池效率、界面穩(wěn)定性和電池器件穩(wěn)定性(Adv. Mater., 2020, 20,1907356);發(fā)展了一種量化鈣鈦礦電池界面缺陷的方法,將疏水聚苯乙烯材料分別引入鈣鈦礦薄膜和前界面,前者可以有效抑制鈣鈦礦薄膜組分揮發(fā)及相分離,后者能夠釋放界面應(yīng)力,還可以作為內(nèi)封裝材料進(jìn)一步提高器件穩(wěn)定性(Adv. Energy Mater., 2019, 9, 1901352;Nano Energy, 2018, 43, 383; Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1905336)。
目前該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在鈣鈦礦太陽能電池關(guān)鍵材料與技術(shù)領(lǐng)域獲得國家授權(quán)發(fā)明專利18項(xiàng),實(shí)用新型專利5項(xiàng)。
最近,針對FA-Cs鈣鈦礦體系中,由于FA+和Cs+離子尺寸失配而造成結(jié)晶過程易產(chǎn)生晶格畸變、相分離和缺陷中心而不利于獲得大面積均勻鈣鈦礦薄膜的問題,清潔能源實(shí)驗(yàn)室太陽能材料與技術(shù)團(tuán)隊(duì)/懷柔研究部清潔能源材料測試診斷與研發(fā)平臺李一明博士與石將建副研究員、李冬梅研究員和孟慶波研究員合作,設(shè)計(jì)了一種雙功能材料異丁基二硫代氨基甲酸異丁胺(iBA-iBDTC)。將其直接引入鈣鈦礦前驅(qū)溶液中,在鈣鈦礦晶體生長過程中iBA-iBDTC中的CSS-陰離子基團(tuán)與Pb2+配位來改善Pb-I成核及FA-Cs鈣鈦礦結(jié)晶,同時長鏈iBA+陽離子分布在鈣鈦礦薄膜表面和晶界,能夠鈍化缺陷、降低表面能并穩(wěn)定表界面結(jié)構(gòu)。小面積鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)了24.25%光電轉(zhuǎn)換效率,>10 cm2電池模塊上實(shí)現(xiàn)了20.5%認(rèn)證效率,是目前報道的鈣鈦礦模塊高效率之一。這種結(jié)晶調(diào)控和表界面鈍化的協(xié)同作用為促進(jìn)鈣鈦礦光伏發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化提供了更可行的技術(shù)路線。
該研究成果以“Efficient, stable formamidinium-cesium perovskite solar cells and minimodules enabled by crystallization regulation”為題發(fā)表在Joule 6 (2022) 676上。本研究得到了國家自然科學(xué)基金的支持。
標(biāo)簽: 太陽能電池 電池效率 光電轉(zhuǎn)換效率
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