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创纪录反式钙钛矿效率突破25%

2022 Science (IF 47.728), 效率突破 25%! 创纪录的高效稳定反式钙钛矿是因为这个?

光焱科技的 REPS 系统让太阳能电池的 VOC 损耗分析变得触手可及!

  与传统 n-i-p 结构的钙钛矿太阳能电池,反式 (p-i-n) 结构的钙钛矿太阳能电池虽然具有更高的稳定性和寿命,但通常功率转换效率 (PCE) 会较低。钙钛矿活性层与电荷传输层接口间的缺陷和非理想电荷传输,是影响反式钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的关键因素之一。因此,选择有效的界面层材料并进一步提升反式钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的性能和稳定性对其商业化发展至关重要。

  Science (IF 47.728) 期刊于 2022 年 4 月发表一项研究成果。研究团队使用二茂铁有机金属衍生物 (ferrocenyl-bis-thiophene-2-carboxylate, FcTc2) 为设计稳定高效的钙钛矿太阳能电池接口材料提供了新思路。二茂铁有机金属衍生物同时具备了有机材料和无机材料的优异特性,作为功能化界面层可以有效降低反式钙钛矿太阳能电池界面中的非辐射复合,并同时加快电荷传送。

  研究人员使用光焱科技 ELCT-3010 (现 REPS 钙钛矿光伏 VOC 损耗分析系统) 等仪器进行实验,结果显示透过 FcTc2 界面修饰后的组件,其开路电压 (VOC) 以及填充因子 (FF) 得到了较大的提升,实验室测试效率达到了反式钙钛矿太阳能电池的记录效率 25% (认证效率为 24.3%)。此外,在长期光照运行 1500 小时后仍维持在初始效率的98%,在湿热环境下(85℃/85% RH) 的稳定性测试通过了IEC 61215:2016的国际标准。

  光焱科技 REPS 钙钛矿光伏 VOC 损耗分析系统可量测电致发光量子效率 (Electroluminescence (EL) quantum efficiency, EQEEL)。不仅可以检测极低的 EL-EQE 信号(低至 10-5%,即 7 个数量级),还可以透过分析软件 SQ-VLA 将计算出的 VOC-loss 与设备 IV 曲线的真实 VOC-loss 进行匹配,从而促进研究进展和期刊发表。

反式钙钛矿器件性能表征记录值25%

器件性能表征。

  1. 透过 FcTc2 界面修饰的反式钙钛矿器件,最高 PCE 达到了记录值 25% (认证效率24.3%)。其中 VOC: 1.184V (1.179V),JSC: 25.68 mA cm-2 (25.59 mA cm-2),FF: 82.32% (80.56%)。
  2. 透过 FcTc2 界面修饰的钙钛矿器件,电致发光效率达到了7%,由此计算得出因非辐射复合导致的能量损失低至 68.75 mV,远小于对照组件的 108.57 mV。进一步证明了 FcTc2 能有效抑制钙钛矿太阳能电池的非辐射复合,降低能量损失。
钙钛矿器件稳定性测试

钙钛矿器件稳定性测试。

  1. 封装后的 FcTc2 钙钛矿器件在连续光照条件1500小时后仍能保持原始效率的 98%。
  2. 依据 IEC 61215:2016 国际标准进行更严苛的稳定性测试,在 85℃/85% RH 条件下, FcTc2 钙钛矿器件在 1000 小时后仍能保持原始效率的 95%。

本文关键词:反式钙钛矿、p-i-n Perovskite、inverted perovskite solar cells、Voc 损耗分析、Voc-loss analysis、 EQEEL、量子效率、Quantum Efficiency 

原文: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm8566 

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