2022 Adv. Energy Mater.:鈣鈦礦太陽能電池達24.19%的出色PCE!透過摻雜Spiro-OMeTAD的成分調節劑
SS-X 太陽光模擬器使效率突破成為可能!
因精准才能頂尖!
Advanced Energy Materials (IF 29.698) 近期刊登一項研究。使雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰鹽和4-叔丁基吡啶所形成的摻雜Spiro-OMeTAD空穴傳輸層(HTL),並在鈣鈦礦薄膜上進行苯乙基碘化銨表面處理,一直主導著鈣鈦礦太陽能電池(pero-SC)創紀錄的功率轉換效率(PCE)。然而,不穩定的HTL組合物和碘化物鹽會導致器件嚴重退化。HTL薄膜的表面會因為雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰鹽的吸濕性與4-叔丁基吡啶的揮發性而劣化;且碘離子鹽會加速I-遷移,使得鈣鈦礦活性層降解,這些都不利於鈣鈦礦太陽能電池商業化。在此篇研究中,研究團隊設計出一種HTL組合調節劑(CCA),Spiro-BD-2OEG,它包含類似Spiro-OMeTAD的主鏈、功能性吡啶單元和寡(乙二醇)鏈。這種精心設計的CCA與Spiro-OMeTAD及其摻雜劑具有良好的混溶性,並通過弱鍵相互作用充當調理劑。因此,CCA調節的HTL展現出無針孔且光滑的形態,具有增強的 Spiro-OMeTAD有序性並提高了摻雜劑穩定性。此外,HTL中的梯度分佈CCA可以縮小與鈣鈦礦價帶的能級偏移。
文章透過使用光焱科技的太陽光模擬器、QE-R量子效率檢測系統與其他儀器協助檢測。結果發現,
- 由此產生的pero-SC在沒有任何介面處理的情況下表現出24.19%的出色的PCE,而且尺寸依賴性很弱。
- 即使對於 1.004 cm2的器件,也能獲得22.63%的顯著PCE。
- 重要的是,該策略顯示出良好的通用性,並大幅促進了基於經典摻雜Spiro-OMeTAD的pero-SC的長期穩定性。
光焱科技量子效率檢測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,以證明實驗的準確性。光焱科技的太陽光模擬器與 KA6000 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!
Spiro-BD-2OEG的合成路線
d-Spiro-OMeTAD 和 Spiro:OEG 設備的 EQE 光譜。
由此產生的pero-SC在沒有任何介面處理的情況下表現出24.19%的出色的PCE。