科学新知:2021 Nat. Energy (IF 60.858), 传统金属背电极恶化有解? SAM 应用于 C-PSC 背电极并达成高效稳定

  钙钛矿太阳能电池 (PSC) 至今已获得认证 25.5% 的高功率转换效率,但其稳定性的问题仍然是 PSCs 大规模应用的主要障碍。此外,传统钙钛矿广泛使用的 Ag 或 Au 背电极是导致电池性能恶化的主要来源。虽然已有研究证实,用碳基代替金属背电极是一个很好的策略,而且碳基钙钛矿太阳能电池 (C-PSC) 为稳定且具成本效益的光伏材料。但是由于与电极相关的严重能量损失,C-PSCs 的功率转换效率 (PCE) 相对较低。

  有鉴于此,Nature Energy (IF 60.858) 期刊于 2021 年 12 月刊登洛桑联邦理工学院 Michael Grätzel 等人的研究成果。在该研究中,研究团队将单原子材料 (SAM) 应用于碳基钙钛矿太阳能电池 (C-PSC) 的背电极。研究中的Ti1-rGO 由固定在还原氧化石墨烯 (rGO) 上的单个钛 (Ti) 吸附原子组成,该吸附原子具有明确的 Ti1O4-OH 配置,能够调节 rGO 的电子特性。

  透过理论计算与结合先进的模块化电池架构,研究团队最终实现了高达 20.6% 稳态 PCE 的碳基钙钛矿太阳能电池 (C-PSC),是目前基于低成本碳电极钙钛矿太阳能电池的最高值。此外,透过太阳光模拟器,在 25°C 和 60°C 的 1 个标准太阳光照下,未封装的器件分别保持 98% 和 95% 的初始值达 1,300 小时。

Carbon-based perovskite solar cell IPCE Jsc PCE
Carbon-based perovskite structure
Carbon-based perovskite solar cell IPCE Jsc Voc PCE

 FTO/SnO2/perovskite2/spiro-OMeTAD/rGO 或 Ti1/rGO 的 Jsc-Voc .

Carbon-based perovskite solar cell Jsc PCE IPCE EQE

(e) 基於 Ti1/rGO C-PSC 的 IPCE 光譜和積分光電流密度。

(f) 在偏壓 0.94 V 下,基於 Ti1/rGO C-PSC 的穩態光電流和 PCE。

關鍵字: 鈣鈦礦、perovskite、PSC、碳基鈣鈦礦太陽能電池、Carbon-based perovskite solar cells、C-PSC、太陽光模擬器、 solar simulator、sun simulator、量子效率 、quantum efficiency、IPCE

原文:https://www.nature.com/articles/s41560-021-00944-0

single-atom C-PSC back electrode Carbon-based perovskite

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