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科學新知:2021 Angew. Chem. Int. Ed.,綠色化學合成材料如何維持PSC的高效率並降低成本

  Angewandte Chemie (IF 15.336)於2021年12月刊登瑞士洛桑聯邦理工學院 (EPFL) Mohammad Khaja Nazeeruddin、Yi Zhang與考納斯理工大學(Kaunas University of Technology, KTU) Vytautas Getautis等人的研究成果。混合鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池 (perovskite solar cell, PSC) 已成為矽基太陽能電池的潛在競爭對手。其功率轉換效率 (power conversion efficiency, PCE) 的大幅提升,已接近商業化的突破點。Hole-transporting Material (HTM) 是高效穩定的PSC器件所需的典型化合物之一。然而HTM當從實驗室轉化為大規模製造時,其複雜的結構通常會在合成方案中有增加成本與產生有害物質等問題。為了可以透過使用簡單、經濟和綠色化學製程且不犧牲效率的方式來大量擴展PSC,此處作者使用基於環丁烷的空穴選擇性材料,以降低成本和不利的環境影響。

  過程透過光學、電化學、光物理和光伏測量揭示不同側臂碎片對環丁烷中心核心的影響。結果發現,環丁烷碎片提高了最後HTM的玻璃化轉變溫度,使其更加無定形且形態穩定。此外,與spiro-OMeTAD相比,以環丁烷為中心的HTM有更佳的空穴漂移遷移率值,高達10−4 cm2 Vs−1個數量級。其中基於V1366的PSC,達到21%的高效率,並具有出色的長期穩定性。重要的是,作者製造的鈣鈦礦太陽能模塊表現出超過19 %的創紀錄效率,有效面積為30.24 cm2這項研究的結果,涵蓋了鈣鈦礦太陽能電池技術成功實施的主要要求。

Current Density 19% perovskite V1366
novel hole-transporting materials perovskite solar cell

基於取代環丁烷的新型空穴傳輸材料的合成路線。

PL intensity perovskite V1366 Spiro
J-V curves of the PSCs V1244 V1321 V1366

a) 基於 V1244、V1321 和 V1366 作為 HTM 和 spiro-OMeTAD 作為參考的 PSC 的 J-V 曲線(反向掃描)。 b) spiro-OMeTAD 和 V1366 的 J-V 滯後。

本文關鍵字:hole-transporting material、空穴傳輸材料、cyclobutane、環丁烷、perovskite solar cell、鈣鈦礦太陽能電池

原文: https://doi.org/10.1002/anie.202113207

Green Chemistry Synthetic Materials perovskite solar cell

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