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科學新知:2021 Angew. Chem. Int. Ed., 近21% PCE 高品質高穩定 α-FAPbI3 鈣鈦礦

  Angewandte Chemie (IF 15.336) 期刊近期刊登瑞士洛桑聯邦理工學院 Michael Grätzel 等人的研究成果。研究團隊透過前體工程和晶粒錨定的組合策略,成功製作無 MA 且相純穩定的α-FAPbI3 鈣鈦礦薄膜。

  出色的光電性能和高的熱穩定性讓 α-FAPbI3 (α-Formamidinium lead iodide) 成為鈣鈦礦太陽能電池最有希望的材料之一。然而,製作成分純、相純且穩定的 α-FAPbI3 卻相當具有挑戰性。在此研究中,研究團隊透過以 FA 為基底的揮發性添加劑來設計前體溶液,完全抑制薄膜結晶過程中非鈣鈦礦 δ-FAPbI3 的形成,並將 4-tert-butyl-benzylammonium iodide 滲透到 α-FAPbI3 鈣鈦礦薄膜內部,以固定和穩定α相的晶粒。

  研究團隊使用太陽光模擬器對鈣鈦礦太陽能電池的光伏特性進行分析,並搭配量子效率測量系統進行EQE (External Quantum Efficiency) 光譜分析。同時,也對太陽能電池在太陽光模擬器下的短路電流,進行Jsc (short-circuit current density) 的比對,以證明實驗的真確性。研究結果顯示,FAPbI3 鈣鈦礦太陽能電池的效率達到接近21%,為目前的最高值之一。此外,FAPbI3 鈣鈦礦太陽能電池更表現出高的熱穩定性,在 50°C 下儲存超過 1600 小時後仍保持其初始效率的約 90%,為製造高品質鈣鈦礦薄膜和光電器件開闢新的途徑。

Perovskite FAAc FACI structure
Perovskite PCE EQE α-FAPbI3 solar simulator quantum efficiency
Perovskite J-V α-FAPbI3 solar simulator quantum efficiency

在反向掃描下測量具有不同濃度 FAAc 鈣鈦礦的 J-V 曲線。

Perovskite J-V current density α-FAPbI3 solar simulator

在反向掃描下測量的 IPA 中不同濃度 tBBAI 的 J-V 曲線。

Perovskite J-V PCE α-FAPbI3 solar simulator quantum efficiency
在反向掃描下測量的具有高 VOC 的鈣鈦礦 J-V 曲線。

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://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202112555

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