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。
基於 FAPbI3 和 20 mol% PACl 添加劑的 J-V 曲線。
無 MA、無 Br 高效鈣鈦礦太陽能電池摘要。
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
