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《西工大团队在缺陷钝化提升钙钛矿太阳能电池光伏性能方面取得新进展》

  • 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：2023-12-08

  • 近日，西北工业大学苏海军教授团队在能源材料领域国际顶级期刊《Nano Energy》上发表了题为“Deep and Shallow Level Defect Passivation via Fluoromethyl Phosphonate for High Performance Air-Processed Perovskite Solar Cells”的研究论文，Nano Energy, 2023, 118(Part B): 108990。

    文章将具有三络合位点的二氟甲基膦酸二乙酯(2F-PAE)引入钙钛矿薄膜，钝化未配位的Pb2+/Pb团簇，提高钙钛矿薄膜的空位形成能。结果表明2F-PAE中的P=O/C-O基团提供三个络合位点与未配位的Pb2+/Pb团簇紧密结合，钝化深能级缺陷并延缓钙钛矿结晶，增加钙钛矿的晶粒尺寸。该策略为选择多功能分子提高PSCs的性能提供了重要的视角。

  • 原文来源：https://solar.in-en.com/html/solar-2432251.shtml
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  • 《我国学者在高效稳定钙钛矿太阳能电池方面取得进展》
    • 来源专题：能源情报网监测服务平台
    • 编译者：郭楷模
    • 发布时间：2025-02-06
    • 图 （A）器件结构示意图；（B、C）不同构型的电池老化后的ToF-SIMS深度剖面图。（D）无MoS2钝化和有MoS2钝化的钙钛矿的相变能量曲线。（E）钙钛矿、MoS2/钙钛矿、MoS2/钙钛矿/MoS2薄膜的TRPL衰减曲线。（F）在中国计量科学研究院认证的最优钙钛矿太阳能电池性能；（G）最优钙钛矿微型组件性能；（H）钙钛矿太阳能电池的高温运行稳定性。   在国家自然科学基金项目（批准号：52125206、52302320）等资助下，北京大学周欢萍教授与合作者在高效稳定钙钛矿太阳能电池方面取得进展。相关研究成果以“晶圆级单层硫化钼集成实现高效稳定钙钛矿太阳能电池（Wafer-scale monolayer MoS2 film integration for stable, efficient perovskite solar cells）”为题，于2025年1月10日在线发表于《科学》（Science），论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado2351。   金属卤化物钙钛矿以其优越的光电性能和低廉的成本成为最有前景的新一代光伏材料。尽管钙钛矿太阳能电池发展迅速，但同时实现高效和稳定仍是巨大挑战。卤化物钙钛矿由于其软晶格和相对较弱的键，在太阳能电池运行过程中容易降解。即使通过封装来隔离水分和氧气，钙钛矿在热、光照和电场下的不稳定性仍是其商业化应用亟需解决的关键问题。   周欢萍教授团队提出将晶圆级连续单层MoS2集成到钙钛矿层的上、下界面以形成稳定器件构型，从而显著增强钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。研究表明，晶圆级MoS2插层由于连续二维形态，从物理上最大程度地阻挡了钙钛矿离子向载流子传输层的迁移。而且，MoS2通过与钙钛矿强配位相互作用在化学上稳定了α相FAPbI3。MoS2插层还通过与钙钛矿形成Pb-S键化学钝化钙钛矿表面缺陷，并通过与钙钛矿I型能带排列阻挡少子复合，从而显著减少了载流子非辐射复合。此外，单层MoS2的原子级厚度克服了钝化质量和载流子传输之间难以协同的挑战，最大限度地提高了钙钛矿太阳能电池的开路电压（认证VOC=1.20 V）和填充因子（认证FF=84.3%）。包含MoS2/钙钛矿/MoS2结构的钙钛矿太阳能电池和组件分别实现了高达26.2%（认证稳态效率为25.9%）和22.8%的光电转换效率。此外，电池表现出卓越的湿热稳定性（在85℃和85%相对湿度下老化1200小时后保留初始效率的95%）、光照稳定性（在连续一个太阳照射下在开路状态下老化2000小时后保留初始效率的96.6%）和运行稳定性（在室温下连续一个太阳照射下在最大功率点跟踪2000小时后效率基本没有衰减，在85℃下连续一个太阳照射下在最大功率点跟踪1200小时后保留初始效率的96%）。   本研究通过界面工程将二维材料与软晶格光电材料结合起来，为提高钙钛矿基光电器件的性能提供了有效策略，并可以扩展到传感器、探测器等其他相关领域支撑高效稳定器件的构建。
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  • 《倒置结构钙钛矿太阳能电池研究取得重要进展》
    • 来源专题：先进材料
    • 编译者：李丹
    • 发布时间：2023-07-07
    • 钙钛矿以其长的载流子扩散长度、长的载流子复合寿命和宽的吸收范围，已经成为低成本和高性能太阳能电池的潜在材料。经过十多年的发展，单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已提高至25%以上，为太阳能电池产业的升级转型提供了新途径。因倒置平板结构器件具有可低温制备、可忽略的迟滞效应、高稳定性的特性，并可以制备成叠层电池，所以其备受重视。然而由于钙钛矿材料的多晶性和离子特性，钙钛矿中存在大量导致离子迁移和载流子非辐射复合的缺陷，且缺陷是水/氧渗透的主要通道，会显著降低钙钛矿薄膜甚至器件的稳定性。 前期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所有机光电材料与器件团队在葛子义研究员的带领下通过薄膜形貌调控、载流子传输层修饰和新型二维钙钛矿材料设计（Angew. Chem.Int. Ed. 2023, 62, e2022175; Adv. Funct. Mater. 2023, 2301956; Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416；Adv. Funct. Mater. 2022, 10, 2210600；Infomat 2022, e12379；Nano Energy 2022, 93, 106800；Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630）等手段，大幅提升了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。然而，钙钛矿中的缺陷和光诱导引起的相分离将显著降低钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。为了解决这一问题，团队基于添加剂工程，利用可变形添加剂优化前驱体溶液胶体尺寸分布，增大钙钛矿薄膜晶粒尺寸，释放晶界残余应力，钝化铅、碘和有机阳离子缺陷，抑制光诱导引发的相分离。此外，添加剂还可优化钙钛矿能级，从而促进载流子提取/传输，减少陷阱辅助复合。通过该方法制备的钙钛矿太阳能电池的性能得到大幅度提升，基于富溴钙钛矿(FA0.88Cs0.12PbI2.64Br0.36) 和贫溴钙钛矿(FA0.96Cs0.04PbI2.8Br0.12)的器件分别获得了23.18%和24.14%的最佳效率，并且基于贫溴钙钛矿的柔性钙钛矿太阳能电池也获得了23.13%的出色效率，是迄今为止报道的柔性钙钛矿太阳能电池的最高值之一。这项工作为添加剂工程中钝化缺陷、应力消除和抑制相分离提供了新的见解，为开发最先进的太阳能电池提供了可靠方法。 相关成果以“A Deformable Additive on Defects Passivation and Phase Segregation Inhibition Enables the Efficiency of Inverted Perovskite Solar Cells over 24%”为题发表在国际知名期刊Advanced Materials上。宁波材料所博士后谢莉莎、硕士生刘健为共同第一作者，宁波材料所葛子义研究员和刘畅研究员为该论文的通讯作者。上述工作得到国家相关人才计划（21925506）、国家自然科学基金（U21A20331、81903743、22279151、22209192、62275251）和博士后面上项目（2022M713242）等项目的支持。（来源：中国科学院宁波材料技术与工程研究所） 相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202302752
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