中國國家納米科學中心丁黎明教授 "自然乾燥"法製備效率23.28%的鈣鈦礦太陽電池
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重點摘要
- 國家納米科學中心丁黎明教授團隊利用”自然乾燥”法製備高效鈣鈦礦薄膜。
- 通過溶液互擴散製備組分梯度鉛鹵化物薄膜,高通量篩選適合自然乾燥的組分。
- 優化後的鈣鈦礦電池效率達23.28%,打破自然乾燥法效率紀錄。
研究背景
鉛鹵化物是一類新型的光伏材料,具有潛在的低成本和高效率優勢,被廣泛應用在鈣鈦礦太陽電池中。但是鉛鹵化物材料往往需要通過快速乾燥等特殊方法才能獲得良好的薄膜品質。如果能利用簡單的自然乾燥法製備高效的鉛鹵化物鈣鈦礦太陽電池,將為其大規模低成本生產提供可能。但是自然乾燥法製備的鉛鹵化物薄膜往往缺乏緻密性,電池效率較低。如何實現自然乾燥法製備高效鉛鹵化物鈣鈦礦太陽電池,是當前研究的關鍵難點之一。
研究成果
中國科學院國家納米科學中心丁黎明教授團隊最近在《低碳科技》雜誌發表研究成果,利用自然乾燥法成功製備出效率達23.28%的鉛鹵化物鈣鈦礦太陽電池。這一效率創下了自然乾燥法製備鉛鹵化物電池的最高紀錄。研究人員的關鍵突破在於利用溶液互擴散的方法製備組分梯度的鉛鹵化物薄膜。這種梯度薄膜包含了兩種鉛鹵化物組分間所有比例的連續變化。通過觀察薄膜在不同組分位置的形貌,可以快速篩選出適合自然乾燥的組分。最終,研究團隊找到了CsPbI2Br、FA0.4Cs0.6PbI3等幾種適合的組分。在此基礎上,他們進一步優化了FA0.95Cs0.05PbI3的配方,加入PbI2和MACl等添加劑,大大改善其自然乾燥形成的薄膜性質。最終使其在室溫自然乾燥條件下製備出高效率的鉛鹵化物鈣鈦礦太陽電池。(該研究成果已於2022年8月在《低碳科技》雜誌發表,原文連結:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949881323000203)
研究方法
研究人員的溶液互擴散法製備組分梯度鉛鹵化物薄膜的具體步驟如下:先在基板上滴加兩種不同組分的鉛鹵化物溶液,通過溶液的自發擴散使其合併成一個液滴,然後在室溫下自然乾燥。兩種溶液的組分通過擴散形成濃度梯度,並在乾燥後形成組分連續變化的梯度鉛鹵化物薄膜。這種梯度薄膜包含了兩個組分間所有的比例,可以同時觀察不同組分比例的薄膜形貌。根據薄膜形貌的緻密性篩選出適合自然乾燥的組分。此外,研究人員還通過在高溫下乾燥薄膜的方法,篩選出能在高溫條件下形成緻密薄膜的組分。最後,在篩選出的組分基礎上,通過調整PbI2、MACl等添加劑的量,優化了FA0.95Cs0.05PbI3薄膜的自然乾燥性能。
測試方法
本研究使用光焱科技(Enli Tech)太陽光模擬器作為光源。光強度(AM 1.5G,100 mW/cm2)使用NIM校準的矽參考電池(Enli SRC 2020,2 cm × 2 cm)進行校準。使用紅外截止濾光片來校準光強度。J-V 和穩態PCE 是通過在手套箱中使用數碼源表進行測量的。
結論
本研究通過溶液互擴散法製備組分梯度鉛鹵化物薄膜,快速篩選出幾種適合自然乾燥的組分。研究人員優化了FA0.95Cs0.05PbI3的配方,使其自然乾燥後的效率可達23.28%。該研究為大規模低成本製備鉛鹵化物太陽能電池提供了新思路。
關鍵字
perovskite、solar cells
