《Nature Photonics(IF>39.728)》北京大學周歡萍教授團隊-澱粉聚離子超分子緩衝層提高鈣鈦礦太陽能電池的疲勞抗性，電池的轉換效率可達24.3%

重點摘要

(1)周歡萍教授團隊利用澱粉-聚碘化物超分子作為緩衝層,顯著改善了鈣鈦礦太陽電池的疲勞行為與循環壽命。

(2)經修改的鈣鈦礦太陽電池在連續42個日夜循環後,發電效率可保持在98%。

(3)該研究為如何運用超分子化學調控軟晶格材料的元穩定動力學,提供了重要見解。

研究背景

鈣鈦礦太陽電池由於其軟而離子的晶格結構,對外在刺激非常敏感,在循環負載的真實環境中,電池容易發生明顯的疲勞。由於缺乏對材料劣化的基礎理解,目前還沒有有效的方法可以減輕這種循環照明下的電池疲勞。

研究成果

研究人員在鈣鈦礦材料的界面引入了澱粉-聚碘化物超分子作為雙功能緩衝層,它既可以抑制離子遷移,也可以促進缺陷的自我修復。經過改進的鈣鈦礦太陽電池在連續42個日夜循環的操作後,原始的光電轉換效率可保持98%。這種電池也達到了24.3%的光電轉換效率(認證值23.9%),並且具有強烈的電致發光,外量子效率高達12%以上。研究結果為如何利用超分子化學調控軟晶格材料的元穩定動力學提供了見解。

研究方法

研究人員首先合成了澱粉-聚碘化物超分子材料,並將其作為緩衝層插入鈣鈦礦太陽電池的輸電層與鈣鈦礦光吸收層之間。他們通過多個角度分析了緩衝層的影響,包括電化學測量、光致發光光譜、扫描銳角X射線繞射、熱重分析等。通過這些實驗確認了緩衝層的雙功能作用機制。之後,他們製備了採用該緩衝層的鈣鈦礦太陽電池,並通過42個日夜循環的加速老化試驗考察其循環壽命與發電效能。實驗結果證實,緩衝層明顯提高了電池在循環負載下的耐久性。