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科學新知:2021 Adv. Energy Mater. PCE提升至23.91%,引進新型2D層狀鈣鈦礦

  Advanced Energy Materials (IF 29.368) 在2021年9月刊登韓國成均館大學Hyunjung Shin等人的研究。最先進的鈣鈦礦太陽能電池有個缺點是吸光鈣鈦礦和電荷傳輸層之間的界面處電荷提取不足。為接近肖克利-奎瑟極限 (註:對於任何類型的單結太陽能電池所能達到理論能量轉換極限),表面處理或介面工程是必需的。此篇研究中,藉由簡單的溶液過程,作者在3D鈣鈦礦和空穴傳輸層之間,引進新型的2D層狀鈣鈦礦如: CHA2PbI4 (CHAI=環己基碘化銨) 和CHMA2PbI4 (CHMAI=環己基甲基碘化銨),進而形成2D/3D異質結鈣鈦礦。

  電荷提取能力和復合,是直接由瞬態光電流和光電壓測量。透過其測量顯示,加入2D鈣鈦礦可促進有利的價帶對齊與有效空穴提取,並觀察到自發光致發光猝滅。另使用太陽光模擬器等儀器的實驗,結果發現,與沒有二維鈣鈦礦的器件相比,器件的界面電阻顯著降低了30%。而因為開路電壓 (1.079到1.143V) 和填充因子 (78.22%到84.25%) 的增加,擁有2D/3D鈣鈦礦異質結的器件,其功率轉換效率 (power conversion efficiency, PCE) 從20.41%提高到23.91%。本篇作者提供對於2D/3D鈣鈦礦異質結形成其空穴提取和高PCE的詳細見解。

current density CHMAI perovskite
intensity 2 degree perovskite
device performance without and with 2D perovskite heterojunction

沒有與有2D鈣鈦礦異質結的器件性能表現。

J-V curves FA CHAI CHMAI perovskite

基於FA (黑色)、FA/CHAI (紅色) 和 FA/CHMAI (藍色) 薄膜的PSC在AM 1.5G照明下的J-V曲線。 實線和虛線分別表示反向和正向掃描方向。

關鍵字:異質結、heterojunction、鈣鈦礦、perovskite、太陽光模擬器、Solar Simulator

原文:https://doi.org/10.1002/aenm.202102236

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