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科学新知:2021 Adv. Funct. Mater., PCE 24.8%! 富勒烯夹层应用于窄带系 4T 全钙钛矿太阳能电池

  Advanced Functional Materials (IF 18.808) 期刊于 2021 年 12 月刊登德国卡尔斯鲁尔理工学院 Bahram Abdollahi Nejand、Ulrich W. Paetzold 等人的研究成果。界面工程是高性能钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的关键。虽然科学家已广泛地研究带隙 >1.5 eV 的 Pb 钙钛矿富勒烯夹层,但却很少研究富勒烯夹层在 Sn-Pb 混合窄带隙 (NBG) PSC 中的作用。

  在此研究中,研究团队使用以前未探索过的富勒烯衍生物作为 NBG PSC 中的夹层,并研究它们对于器件性能和非辐射复合的影响。研究人员将三个富勒烯衍生物夹层加入钙钛矿/ETL界面,包含indene-C60-propionic acid butyl ester (IPB)、indene-C60-propionic acid hexyl ester (IPH) 和传统的 PCBM。研究发现,IPH 提供更高的导带偏移 (CBO),从而抑制电荷载流子回转移的非辐射复合,是 NBG PSC 中最有效的中间层。

Solar Simulator J-V AM 1.5 G Perovskite reverse scanning

c)在AM 1.5 G (1000 W m-2) 照射下,通過反向掃描測量冠軍器件的電流-密度-電壓(J-V)特性,包含有IPH中間層和無IPH中間層的器件。 d) 連續照明下的穩定功率轉換效率 (SPCE) 。e) 相應性能最佳器件的外部量子效率 (EQE) 光譜。

  研究团队使用太阳光模拟器与量子效率量测仪器进行分析,研究结果显示,具有 IPH 夹层的器件表现出最高的性能,其短路电流密度为 30.7 mA cm-2,开路电压损失降低至 0.43 V。开路电压损失降低归因于非辐射复合减少,并区分为两个方面:

(1) 更高导带偏移 ≈0.2 eV (>0 eV) 阻碍了电荷载流子回传转移复合。

(2) 钙钛矿/夹层/C60 界面的陷阱密度降低,导致陷阱辅助复合减少。

  此外,IPH 夹层可增强器件内的电荷提取,从而显著提高短路电流密度。使用带有 IPH 中间层的 NBG 器件,在四端 (four-terminal, 4T) 全钙钛矿串联太阳能电池中实现了 24.8% 的功率转换效率 (PCE)。

Solar Simulator Dark current-density-voltage J-V Voc

c) 暗电流-密度-电压 (J-V) 特性。d) VOC 的光强度依赖性。 f) 纯电子器件的暗电流-密度-电压 (J-V) 特性。

Solar Simulator Perovskite tandem solar cells J-V EQE
a) 4T 全钙钛矿串联太阳能电池的结构示意图。 b) AM 1.5 G (1000 W m-2) 辐照下,反向扫描测量太阳能电池的 J-V 特性。d) 相应太阳能电池的 EQE 图。

关键词:Perovskite、PSC、全钙钛矿太阳能电池、Fullerene-Derivative Interlayers、富勒烯衍生物、Solar Simulator、太阳光模拟器、Quantum Efficiency、量子效率、Sun Simulator

原文: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202107650

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