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科學新知:2022 JOUEL(IF41.248 ): PSCs效率達到24.95%! 穩定鉛鹵鈣鈦礦晶界的預退火處理方法

在過去的十年中,隨著能量轉換效率的已經超過25%,使得低成本溶液法製備的金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)在未來有望實現商業化。然而,由於各種缺陷的存在,晶界 (GBs) 已被證明會在光、濕氣和/或熱應力下引發金屬鹵化物鈣鈦礦降解,這使得它們在鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 中極為脆弱。

針對晶界的優化策略有很多,典型的有組分調節、添加劑鈍化以及低維材料修飾等。值得注意的是,這些方法都是在缺陷形成之後起作用的,即對鈣鈦礦晶界處已形成的缺陷進行處理。雖然客觀上鈍化了缺陷,但是效果有限,一旦進一步加熱處理,鈣鈦礦依然優先從晶界開始分解。因此,提出一種持久有效的預先穩定晶界的方法顯得尤其重要。

儘管各種後處理已被證明可有效修復 GB,但防止鈣鈦礦 GB 的降解仍然是一項極其艱鉅的挑戰。JOUEL202210月刊登了一則報導,研究團隊採用了一種通用的預退火處理方法,用於重建順序沉積的鈣鈦礦微晶和 GB在該策略下,透過大鈣鈦礦晶粒的抑制缺陷,可以創建穩健的 GB。

該方法解決了鈣鈦礦薄膜材料在熱應力和水汽作用下的生長行為和退化機理,即在熱應力和水氣作用下的鈣鈦礦薄膜退火前,使用少量的油胺氯(OACl)對鈣鈦礦薄膜進行預處理,該動作從根本上改變了其在退火過程中的結晶和分解模式。提前干預使得鈣鈦礦及其晶界在退火過程中得到了重構。這不僅提高了晶體品質,而且有效抑制了晶界處的缺陷和殘餘PbI2的形成,從而大幅提升了器件的效率和穩定性。

結果,由此產生的 n-i-p 結構 PSC 提供了令人印象深刻的近 25% 的功率轉換效率和 85.5% 的極高填充因子。未封裝電池在惰性氣氛中以約 55°C 的最大功率點連續運行 1,000 小時後,仍保持其初始效率的 81%,顯示出顯著提高的光穩定性。

該研究是在該領域首次呈現了Pbl2分佈到鈣鈦礦晶粒表面而不是晶界的過程,說明對殘餘PbI2的調控與鈣鈦礦穩定性的提升是正向的。該提前干預處理方法不僅對於提高鈣鈦礦太陽能電池的光穩定性非常重要,而且對於增強鈣鈦礦光伏領域對鈣鈦礦太陽能電池的商業化也具有重要意義。

科學新知:2022JOULE (IF 41.248), PSCs效率達到24.95%!穩定鉛鹵鈣鈦礦晶界的預退火處理方法 24.95 Preannealing treatment for stabilization of leadhalide perovskite grain boundaries001
科學新知:2022JOULE (IF 41.248), PSCs效率達到24.95%!穩定鉛鹵鈣鈦礦晶界的預退火處理方法 24.95 Preannealing treatment for stabilization of leadhalide perovskite grain boundaries002

本文關鍵字:鈣鈦礦太陽能電池、穩定性、預退火處理法、晶界

原文:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435122004822

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