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2021 Adv. Funct. Mater. (IF 18.808):克服準二維鈣鈦礦太陽能電池電壓損失! 熱老化前體溶液的應用

SS-X 太陽光模擬器使效率突破成為可能!

因精准才能頂尖!

FTPS系統讓太陽能電池的Voc損耗分析變得觸手可及!

  Advance Functional Materials (IF 18.808) 於2021年9月刊登一個研究。雖然3D 鈣鈦礦太陽能電池 (perovskite solar cell, PSC) 的功率轉換效率 (power conversion efficiency , PCE) 已提高至25.5%,但其穩定性不佳不利於商業化。Ruddlesden-Popper準二維鈣鈦礦由於具有材料穩定性和可調性的優點,有望成為替代傳統3D鈣鈦礦的候選材料。然而,準二維PSC有高電壓損失的問題,導致PCE仍落後於3D PSC。此處,研究團隊通過使用熱老化前體溶液 (thermal-aged precursor solution, TAPS) 來減輕準2D PSC中的電壓損失。

  研究團隊使用光焱科技的太陽光模擬器、QE-R量子效率測量系統、FTPS傅里葉轉換光電流系統與其他儀器協助量測。結果發現,基於帶隙≈1.60 eV(AA)2MA4Pb5I16 (n=5)準二維鈣鈦礦吸收體,得到了1.24V創紀錄的開路電壓並將PCE提升至18.68%

Enlitech’s solar simulator, QE-R Quantum Efficiency Measurement system, Fourier Transform Photocurrent System (FTPS) and other instruments were used in this study to assist in the measurement. It is found that based on the (AA)2MA4Pb5I16 (n=5) quasi-2D perovskite absorber with a bandgap of≈1.60 eV, a record-high open-circuit voltage of 1.24V is obtained and the PCE is increased to 18.68%.

(a)本研究中使用的具有 p-i-n 結構的鈣鈦礦太陽能電池的料件架構示意圖。

Photovoltaic parameter Quasi-2D Perovskite Solar Cell

用 FPS 和 TAPS 製備的最佳 (AA)2MA4Pb5I16 太陽能電池的光伏參數。

FPS TAPS PCE Perovskite Solar Cell

  藉由闡明料件性能與薄膜質量之間的關係,發現降低非輻射複合損失、ΔVoc、nonrad對於增強Voc和提高PCE至關重要。從機制上講,使用熱老化溶液處理,可以有利地誘導膠體聚集以減少成核位點的數量。最後可以獲得具有緊湊形態、優先晶體取向和低陷阱密度的高質量準二維鈣鈦礦薄膜。另外重要的是,隨著薄膜質量的提高,PSC的熱穩定性能得到顯著改善,這主要歸功於由離子遷移引起的銀電極腐蝕得到有效的抑制。此研究開闢一條新的加工途徑,可實現高效穩定的鈣鈦礦光伏器件和實際的能量轉換應用。

  光焱科技量子效率測量系統除了用於太陽能電池的 EQE (External Quantum Efficiency) 光譜分析,同時對於太陽能電池在太陽光模擬器下的短路電流,也提供了 Jsc (short-circuit current density) 的比對,以證明實驗的真確性。而太陽光模擬器與 KA-6000 軟體,也同時提供了短路電流對時間變化的監控,以證明太陽能電池的穩定!

Irradiation intensity Voc characteristics FPS TAPS solar cell

(a) 基於 FPS 和 TAPS 的太陽能電池的輻照強度相關 Voc 特性。(b) 在基於 FPS/TAPS 的太陽能電池上測量的電致發光的 EQE。 插圖:在正向偏壓狀態下運行的基於 TAPS 的太陽能電池的 EL 圖像。

本文關鍵字:準二維鈣鈦礦太陽能電池、quasi-2D perovskite solar cell、熱老化溶液處理、hermal-aged precursor solution、電壓損失、voltage loss、太陽光模擬器、Solar Simulator、量子效率、Quantum Efficiency、FTPS、Sun Simulator

原文: https://doi.org/10.1002/adfm.202107675

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