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科学新知:2021 Nature Communications 效率21.4% 活性面积26cm2钙钛矿模块创纪录!

  Nature Communications (IF 14.919) 在2021年11月刊登一项研究。作为新兴光伏技术的领跑者,钙钛矿太阳能电池 (perovskite solar cell, PSC)若其功率转换效率 (power conversion efficiency, PCE)超过25%,由于其解决方案相对简单且成本较低,使其在大量生产和商业化方面有极大的可能性。然而,钙钛矿薄膜(尤其在表面和晶界)在溶液处理的过程中,会产生大量缺陷的问题,故有机卤化物盐钝化被认为是减少缺陷的重要策略。但使用这种策略,仍难避免平面内容易产生二维 (two-dimensional, 2D) 钙钛矿层,造成电荷传输受损。在热条件下,更会阻碍光伏性能和器件面积的放大。为了克服这一个限制,作者们研究了二维钙钛矿的能垒,其二维钙钛矿是由(亚苯基)(乙基)碘化物((phenylene)di(ethylammonium) iodide, PDEAI2) 的邻位、间位和对位异构体所组成,这些异构体的设计是为缺陷钝化而量身订做的。

Structures of PDEAI2 2D perovskite

PDEAI2的结构和随后形成的二维钙钛矿。

  研究团队使用太阳光模拟器针对其光伏特性进行分析,并使用其他仪器协助实验。结果发现,用空间位阻最大的原位异构体处理,即使在高温下,都可以防止表面二维钙钛矿膜的形成,并能最大限度地提高对浅层和深层缺陷的钝化效果。利用o-PDEAI2(ortho-(phenylene)di(ethylammonium) iodide)钝化,将PSC的效率提高到23.9%,并确保超过1000小时的长期稳定性。更重要的是,活性面积为26cm2的钙钛矿模块,达到21.4%创纪录的效率。这项研究表明,改变官能基和化学结构应该是一种开发新型有机阳离子钝化剂的有效策略,也对未来要扩大商业性应用铺了路。

The research team used a solar simulator to analyze its photovoltaic characteristics and used other instruments to assist in the experiments. It was found that treatment with the most sterically hindered ortho-isomer can prevent the formation of a 2D perovskite film on the surface regardless of high temperature and can maximize the passivation effect on both shallow- and deep-level defects. Use o-PDEAI2 (ortho-(phenylene) di (ethylammonium) iodide) passivation to increase the efficiency of PSC to 23.9% and ensure long term stability over 1000 h. More importantly, the perovskite module with an active area of 26cm2 reached a record efficiency of 21.4%. This study shows that altering the functional groups and chemical structure should be an effective strategy for the development of novel organic cationic passivators, and also pave the way for scaling up commercial applications in the future.

钝化层相关的料件性能。

long-term stability perovskite solar cell

PSC的模块性能和长期稳定性。(c)有效面积为26.00 cm2的钙钛矿太阳能组件的J-V特性。(g)在25°C氮气氛中,在连续光 (100mWcm-2) 照明下,未封装器件的1100小时的最大功率点跟踪 (MPPT)。

本文关键词:有机卤化物、organic halide、钝化剂、passivator、钙钛矿、perovskite、太阳光模拟器、Solar Simulator、Sun Simulator

原文:https://doi.org/10.1038/s41467-021-26754-2

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