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科學新知:2021 Adv. Energy Mater. (IF 29.368), 超越 22% PCE! 無MA無Br鈣鈦礦太陽能電池

  Advanced Energy Materials (IF 29.368) 於近期發表一項研究成果。研究團隊使用 n-propylammonium chloride (PACl) 作為 methylammonium chloride (MACl) 的替代品,獲得更穩定和高效率的 α-phase formamidinium lead iodide (FAPbI3) 鈣鈦礦太陽能電池 (PSC)。

  為了讓基於 FAPbI3 的鈣鈦礦太陽能電池實現高效率,科學家通常會添加 methylammonium chloride (MACl) 於前驅體溶液中,希望透過 MACl 達到相穩定性及改善晶粒尺寸和結晶度。然而,鈣鈦礦中 MA 的不穩定性,卻限制了器件的長期穩定性。

  在此研究中,研究人員使用 n-propylammonium chloride (PACl) 代替 MACl,使添加 PACl 後的鈣鈦礦晶粒尺寸增加。與 MA 陽離子不同的是,propylammonium cation 離子可鈍化晶界,從而減少帶隙的變化。透過太陽光模擬器和標準電池校正,研究團隊對太陽能電池的光伏特性進行分析。研究結果發現,使用 20 mol% PACl 添加劑的鈣鈦礦太陽能電池 實現了超過 22.2% 的功率轉換效率,這是無 MA 和無 Br 鈣鈦礦太陽能電池中效率最高的一種。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。

  研究結果更顯示,添加 PACI 的鈣鈦礦,其載流子壽命從 405 ns 增加到 2110 ns,顯著增加了五倍以上;而 MACl 添加劑僅觀察到四倍的載流子壽命。此外,由於在塊狀鈣鈦礦上原位形成的阻擋層,PACl 對水分的穩定性比 MACl 好得多。

科學新知:2021 Adv. Energy Mater. (IF 29.368), 超越 22% PCE! 無MA無Br鈣鈦礦太陽能電池 Perovskite FAPbI3 PACl additive J V curve

基於 FAPbI3 和 20 mol% PACl 添加劑的 J-V 曲線。

科學新知:2021 Adv. Energy Mater. (IF 29.368), 超越 22% PCE! 無MA無Br鈣鈦礦太陽能電池 Perovskite solar cell MA free and Br free High Efficiency

無 MA、無 Br 高效鈣鈦礦太陽能電池摘要。

科學新知:2021 Adv. Energy Mater. (IF 29.368), 超越 22% PCE! 無MA無Br鈣鈦礦太陽能電池 Perovskite solar cell MA free and Br free PCE
科學新知:2021 Adv. Energy Mater. (IF 29.368), 超越 22% PCE! 無MA無Br鈣鈦礦太陽能電池 Perovskite solar cell MA free and Br free PCE EQE
科學新知:2021 Adv. Energy Mater. (IF 29.368), 超越 22% PCE! 無MA無Br鈣鈦礦太陽能電池 Perovskite solar cell MA free and Br free EQE

關鍵字: 鈣鈦礦、Perovskite、PSC、太陽能電池、Solar Cell、太陽光模擬器、 Solar Simulator、量子效率、Quantum Efficiency

原文:https://doi.org/10.1002/aenm.202102538

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