科學新知:2021 Nat. Energy (IF 60.858), 傳統金屬背電極惡化有解? SAM 應用於 C-PSC 背電極並達成高效穩定

  鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 至今已獲得認證 25.5% 的高功率轉換效率,但其穩定性的問題仍然是 PSCs 大規模應用的主要障礙。此外,傳統鈣鈦礦廣泛使用的 Ag 或 Au 背電極是導致電池性能惡化的主要來源。雖然已有研究證實,用碳基代替金屬背電極是一個很好的策略,而且碳基鈣鈦礦太陽能電池 (C-PSC) 為穩定且具成本效益的光伏材料。但是由於與電極相關的嚴重能量損失,C-PSCs 的功率轉換效率 (PCE) 相對較低。

  有鑑於此,Nature Energy (IF 60.858) 期刊於 2021 年 12 月刊登洛桑聯邦理工學院 Michael Grätzel 等人的研究成果。在該研究中,研究團隊將單原子材料 (SAM) 應用於碳基鈣鈦礦太陽能電池 (C-PSC) 的背電極。研究中的Ti1-rGO 由固定在還原氧化石墨烯 (rGO) 上的單個鈦 (Ti) 吸附原子組成,該吸附原子具有明確的 Ti1O4-OH 配置,能夠調節 rGO 的電子特性。

  透過理論計算與結合先進的模塊化電池架構,研究團隊最終實現了高達 20.6% 穩態 PCE 的碳基鈣鈦礦太陽能電池 (C-PSC),是目前基於低成本碳電極鈣鈦礦太陽能電池的最高值。此外,透過太陽光模擬器,在 25°C 和 60°C 的 1 個標準太陽光照下,未封裝的器件分別保持 98% 和 95% 的初始值達 1,300 小時。

Carbon-based perovskite solar cell IPCE Jsc PCE
Carbon-based perovskite structure
Carbon-based perovskite solar cell IPCE Jsc Voc PCE

FTO/SnO2/perovskite2/spiro-OMeTAD/rGO 或 Ti1/rGO 的 Jsc-Voc 量测。

Carbon-based perovskite solar cell Jsc PCE IPCE EQE

(e) 基于 Ti1/rGO C-PSC 的 IPCE 光谱和积分光电流密度。

(f) 在偏压 0.94 V 下,基于 Ti1/rGO C-PSC 的稳态光电流和 PCE。

关键词: 钙钛矿、perovskite、PSC、碳基钙钛矿太阳能电池、Carbon-based perovskite solar cells、C-PSC、太阳光模拟器、 solar simulator、sun simulator、量子效率 、quantum efficiency 、IPCE

原文:https://www.nature.com/articles/s41560-021-00944-0

single-atom C-PSC back electrode Carbon-based perovskite

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