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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量子效率測量系統與其他儀器協助量測。結果發現,

  1. 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。
  2. 即使對於 1.004 cm2的器件,也能獲得22.63%的顯著PCE。
  3. 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!


Synthetic route of Spiro-BD-2OEG

Spiro-BD-2OEG的合成路線

EQE spectra of d-Spiro-OMeTAD and SpiroOEG-based devices

d-Spiro-OMeTAD 和 Spiro:OEG 設備的 EQE 光譜。

The resultant pero-SCs exhibit an excellent PCE of 24.19%

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。

推薦儀器:太陽光模擬器QE-R 量子效率測量系統
推薦軟體:KA6000 鈣鈦礦太陽能電池 IV 測量和分析軟體

本文關鍵字:鈣鈦礦太陽能電池、perovskite solar cell、空穴傳輸層、hole transport layer、量子效率、Quantum Efficiency、太陽光模擬器、solar simulator、sun simulator

原文: https://doi.org/10.1002/aenm.202202207

Composition-Conditioning Agent for Doped Spiro-OMeTAD

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