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2021 Adv. Funct. Mater., HAc 如何輔助錫基鈣鈦礦達成穩定高效率?

SS-X 太陽光模擬器使效率突破成為可能!

因精准才能頂尖!

  優異的光電性能讓有機-無機鹵化物鈣鈦礦材料在光伏領域受到極大關注。然而,鈣鈦礦材料中含有對環境和人體有害的重金屬鉛,阻礙了其商業化發展。錫具有與鉛相同的外層電子結構和相近的離子半徑,能形成同類型的三維鈣鈦礦結構,並具有更理想的光學帶隙,最有希望替代鉛基鈣鈦礦。現階段錫基鈣鈦礦太陽能電池的研究也面臨著許多挑戰。相較於鉛基鈣鈦礦,錫基鈣鈦礦薄膜的結晶過程顯得更加難以控制,薄膜形貌更差,且易形成無序晶粒,產生許多三維缺陷。這些缺陷易導致氧氣和水分的侵蝕,大大降低器件的性能和穩定性。此外,錫基鈣鈦礦材料本身也極易被氧化並產生Sn空位,導致嚴重的非輻射複合損失和電壓損失。當前研究鮮少同時兼顧上述兩個問題,大多都只單方面的考量如何抑制Sn2+氧化或調控結晶。

  Advanced Functional Materials (IF 18.808) 在2021年12月刊登一項有關乙酸可調節錫基鈣鈦礦太陽能電池中的結晶動力學和抑制Sn2+氧化的研究。在此研究中,研究團隊使用乙酸(HAc)降低前體溶液的過飽和濃度,形成預成核簇以有效調節結晶動力學。HAc中所含的氫離子和乙酸根離子能有效抑制Sn2+的氧化,HAc與碘離子(I-)之間的氫鍵作用大大降低了I-的損失,確保了I-/Sn2+的化學計量比。

HAc tin-based perovskite solar cells stable and high efficiency Jsc Voc

  透過光焱科技太陽光模擬器進行電流密度-電壓 (J−V) 量測,並以光焱科技 QE-R 量子效率測量系統進行外部量子效率 (EQE) 檢測。研究結果發現相應的鈣鈦礦薄膜比例接近理論值,有效降低缺陷密度並保持完美的晶格。HAc輔助的錫基鈣鈦礦太陽電池實現了 12.26% 的功率轉換效率(PCE),並具有高達 0.75 V 的開路電壓。此外,即使在氮氣中儲存 3000 小時後,未封裝的器件仍保持90% 的初始 PCE,而這個方式也為製備高品質錫基鈣鈦礦薄膜奠立基礎。

  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。光焱科技的太陽光模擬器與 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!

HAc tin-based perovskite solar cells stable and high efficiency J-V Jsc Voc PCE
HAc tin-based perovskite solar cells stable and high efficiency Jsc Voc FF

在標準 AM 1.5 G 光照下,具有 5 mol% 和 15 mol% HAc 器件的 J-V 曲線。

HAc tin-based perovskite solar cells stable and high efficiency Normalized PCE
在 N2 环境中光照下的 PCE。

本文關鍵字:錫基鈣鈦礦太陽能電池、Tin-based perovskite solar cells、乙酸、 Hac、調節結晶動力學、Modulation of Crystallization Kinetics、抑制 Sn2+ 氧化、Inhibition of Sn2+ Oxidation 、太陽光模擬器、solar simulator、sun simulator、量子效率、quantum efficiency

原文:https://doi.org/10.1002/adfm.202109631

HAc tin-based perovskite solar cells stable and high efficiency

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