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2021 Science Advances:挑战WBG混合卤化物钙钛矿的性能限制!

因精准才能顶尖!

  Science Advances (IF 14.136) 于2021年11月刊登美国洛杉矶加利福尼亚大学 (UCLA) Yang Yang、劳伦斯伯克利国家实验室Carolin M. Sutter-Fella与土耳其马尔马拉大学Ilhan Yavuz等人的研究成果。过去已证明金属卤化物钙钛矿,若其碘的X位被溴部分取代,拥有极大的商业化潜力可应用于传统PV产品,如:Si和CuInGaSe2 (CIGS) 集成的串联光伏(photovoltaic, PV)。通过控制I/Br比,混合卤化物钙钛矿的光学带隙可以调整到1.64到1.70eV之间,通常在该领域被称为宽带隙 (wide-bandgap, WBG) 钙钛矿,很适合双结串联PV (photovoltaic, PV) 中的前电池应用。使用这种WBG混合卤化物钙钛矿作为前电池吸收体,以实现基于钙钛矿的串联太阳能电池,其功率转换效率超过29%。然而,他们的大电压损耗限制了它们的最终性能。目前只有少数研究探讨电压不足的问题,而这也是此领域未解决的挑战。在此篇研究中,作者们研究了WBG混合卤化物钙钛矿的形成动力学和缺陷物理,并与相应的三碘化物组合物相比。

abnormal formation dynamic mixed-halide perovskite

WBG混合卤化物钙钛矿的异常形成动力学。

  作者们使用光焱科技的QE-R量子效率测量系统与其他仪器协助量测。结果发现,在加入溴化物后,包含溴化物的组合物改变了钙钛矿结晶途径。富含溴化物在热力学上会更稳定,因此在过饱和过程中会先从溶液中成核。为达到最终的化学计量目标,在钙钛矿生长阶段中实现了卤化物均质化。进一步阐明了一个物理模型,该模型将溴化物的作用与薄膜的形成动力学、缺陷物理和最终的光电特性相关联。这项研究将引导研究者重新思考前驱体工程和结晶控制对WBG混合卤化物钙钛矿的重要性,以实现基于这些材料的更高效和稳定的PV

  量子效率测量系统除了用于钙钛矿太阳能电池的EQE (External Quantum Efficiency)光谱分析,同时对于太阳能电池在太阳光仿真器下的短路电流,也提供了Jsc (short-circuit current density)的比对,以证明实验的真确性。

PL measurement formation kinetics perovskite

WBG混合卤化物钙钛矿的异常形成动力学。

solar cell device proposed physical model perovskite

太阳能电池器件和提议的物理模型。基于CsFAMAPb(I0.8Br0.2)3和 CsFAMAPbI3的钙钛矿太阳能电池器件的 (A) J-V特性和 (B) EQE谱。

本文关键词:卤化物钙钛矿、halide perovskite、宽带隙、wide-bandgap、量子效率、Quantum Efficiency

原文:https://doi.org/10.1126/sciadv.abj1799

 

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