《Energy and Environmental Sciences (IF 39.714)》韓國UNIST蔚山科學技術研究院Jangwon Seo教授團隊研究:烷基銨離子液體作為洞傳輸層掺雜劑,實現高效穩定鈣鈦礦太陽電池

重點摘要

Jangwon Seo教授團隊研究發現:

研究人員開發了烷基銨離子液體作為洞傳輸層掺雜劑,可同時實現對鈣鈦礦太陽能電池的掺雜和表面鈍化。
其中辛銨雙(三氟甲磺醯)咪啡離子液體(OATFSI)效果最佳。
基於OATFSI的鈣鈦礦太陽能電池效率可達23.34%,驗證具可擴展性。

研究背景

Jangwon Seo教授團隊指出,在n-i-p結構的先進鈣鈦礦太陽能電池中,掺雜洞傳輸層(HTL)的掺雜劑是關鍵組成部分,它不僅會影響HTL的電性能,也會影響太陽能電池的性能和穩定性。本研究報告新型的雙功能離子液體作為掺雜劑和表面鈍化劑,以提高鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性。

研究成果

Jangwon Seo教授團隊合成了一系列烷基銨雙(三氟甲磺醯)咪啡離子液體,包括丁銨(BATFSI)、己銨(HATFSI)、辛銨(OATFSI)和癸銨(DATFSI)等。其中OATFSI與聚(三芳胺)溶液具有良好的相溶性,可以形成較平滑的HTL薄膜,並通過有效掺雜提升HTL的電性能。同時,OATFSI可以在旋塗沉積HTL時原位鈍化鈣鈦礦表面。基於OATFSI的鈣鈦礦太陽能電池效率可達23.34%,原因是非輻射重組明顯降低,並具有更好的charge extraction。

研究方法

合成烷基銨離子液體:研究人員通過烷基銨鹽與雙(三氟甲磺醯)咪啡的化學反應合成得到不同烷基銨離子液體。
製備太陽能電池:在玻璃基板上依次沉積鈦氧化物緻密層、鈦氧化物奈米粒子層、鈣鈦礦活性層、含離子液體的聚(三芳胺) HTL、鍍金電極,即完成n-i-p結構太陽能電池。
表徵方法:使用X射線繞射、紫外可見吸收光譜、熱重分析等方法表徵離子液體材料。掃描電子顯微鏡、空間電容-電壓曲線用於研究太陽能電池的形貌與能隙。照明下曲線追蹤器測量太陽能電池的轉換效率。

結論

韓國UNIST蔚山科學技術研究院Jangwon Seo教授團隊總結,本研究開發的烷基銨離子液體既可高效掺雜聚(三芳胺) HTL,也可原位鈍化鈣鈦礦表面,是鈣鈦礦太陽能電池領域一大創新。特別是OATFSI效果最佳,實現了23.34%的高效率。大面積模組的驗證表明具可擴展性。本研究為商業化鈣鈦礦太陽能電池提供了有用的指導方針。