《中国科学院钙钛矿光伏研究取得新进展》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2023-07-25
  • 钙钛矿太阳能电池(PSCs)因廉价的材料成本、易于制备大面积器件以及较高的光电转换效率等优点而备受关注。SnO2具有高透过率、高电子迁移率、适宜的能级、良好的紫外辐照稳定性和易于低温加工等特点,是目前n-i-p型PSCs电池常用的电子传输材料。然而,它的体相和表面的缺陷【氧空位(VO)、悬空羟基(-OH)和不饱和配位金属原子】易引起载流子累积和非辐射复合损失。此外,钙钛矿中金属、卤素和有机离子的配位不足也会引起界面化学反应,使得器件的效率和稳定性恶化。因此,对PSCs埋底界面的优化是实现其高效率和稳定性的关键。然而,由于埋底界面的非暴露特性,对其进行研究和优化具有一定的挑战性。

    中国科学院上海高等研究院开发了简单有效的策略,通过在SnO2纳米颗粒中加入草酸甲脒(FOA)来同时抑制SnO2体相和表面缺陷以及钙钛矿埋底界面处FA+/Pb2+相关缺陷,实现了有效的靶向缺陷钝化。相关研究成果以Target Therapy for Buried Interfacial Engineering Enables Stable Perovskite Solar Cells with 25.05% Efficiency为题,发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。

    研究发现,甲脒离子和草酸根离子在SnO2层中均呈纵向梯度分布,聚集在SnO2/钙钛矿埋底界面处,调节钙钛矿的晶体生长,降低体相及界面缺陷,改善钙钛矿和SnO2之间的能级匹配。结果表明,FOA处理后的PSCs能量转换效率从22.40%提高到25.05%,同时PSCs的存储稳定性和光稳定性也显著提升。

    该研究为靶向治疗埋底界面缺陷,改善PSCs性能提供了有效途径。研究工作得到国家自然科学基金委员会、广东省基础与应用基础研究基金委员会、深圳市科技创新委员会及山西省科技厅的支持。该研究由上海高研院、南方科技大学、香港城市大学合作完成。

  • 原文来源:https://solar.in-en.com/html/solar-2426366.shtml
相关报告
  • 《中国科学院大化所非铅双钙钛矿纳米晶研究取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-03-21
    • 中国科学院大连化物所韩克利研究员带领复杂分子体系反应动力学研究团队在非铅双钙钛矿纳米晶研究中取得新进展。首次合成出具有立方相的非铅双钙钛矿Cs2AgBiX6(X=Cl,Br,I)纳米晶,并发现其热载流子具有超快的冷却时间(小于1ps,1ps=10-12s),表明该材料是一种很好的发光材料。相关研究成果发表在《德国应用化学》上。 含铅钙钛矿纳米晶CsPbX3(X=Cl,Br,I)具有吸光系数大,发光量子产率高,带隙易调节等优点,因此被广泛研究于发光二极管(LED)、纳米激光器、太阳能电池以及光电探测器等方向。然而其中含有的重金属元素铅对环境和人类造成危害,限制了其商业化应用。寻找无毒且性能好的非铅钙钛矿成为当下的研究热点和难点。 科研人员尝试采用毒性较低的铋(Bi)元素来取代铅,形成低维钙钛矿结构。该团队曾于2017年首次成功合成出含Bi的非铅钙钛矿纳米晶Cs3Bi2Br9(Angew. Chem. Int. Ed.),并揭示了其发光动力学机理。在此基础上,团队成员采用溶液法进一步合成了Cs2AgBiBr6双钙钛矿纳米晶,引入的Ag+离子可以和Bi3+离子形成三维立方相钙钛矿。同时,通过采用不同的卤元素(Cl,Br,I),可以实现该纳米晶在395-575nm范围内调节其发光光谱。通过热载流子动力学研究发现,该材料具有超快的热载流子冷却时间(小于1ps),该性能与含铅钙钛矿纳米晶热载流子动力学行为相似,这表明该非铅钙钛矿纳米晶很有可能取代目前的含铅钙钛矿纳米晶,有非常广阔的应用前景。此外,本项研究中还提出了通过减少表面缺陷来提高材料性能的新方案。
  • 《中国科学院大化所二维非铅钙钛矿动力学研究新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-05-11
    • 中国科学院大连化物所韩克利研究员团队在二维非铅钙钛矿动力学机理研究方面取得新进展,相关工作发表在《物理化学快报杂志》上。 二维有机-无机钙钛矿材料具有较高的稳定性和独特的光电性质,已成为材料领域的研究热点。经过几十年的发展,铅基二维有机-无机钙钛矿已被广泛用于制备发光二极管、太阳能电池和光电探测器等设备,尽管性能优异,但铅的环境毒性是其商业化的主要障碍。从环境保护的角度出发,发展无铅的二维有机-无机钙钛矿势在必行。 研究团队前期合成了一种二维锗基钙钛矿材料,本工作以该材料为主体,向其中加入适量的锡元素(Sn),形成一系列二维锗锡混合钙钛矿材料——(PEA)2Ge1-xSnxI4。研究发现,加入的Sn元素可以有效减小二维锗基钙钛矿材料的带隙,当材料中Sn和Ge的比例为1:1时,其具有最小的带隙,进而可以有效增强材料的光吸收能力,有利于提高对太阳光的利用率。同时,相应的理论计算也证实了加入的Sn元素可以减小材料的带隙值。 在二维锗基钙钛矿中掺入锡可以提高其导电性,这为改善光伏材料的性能提供了一种可行方法。