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2021 Adv. Funct. Mater., HAc 如何辅助锡基钙钛矿达成稳定高效率?

SS-X 太阳光模拟器使效率突破成为可能!

因精准才能顶尖!

  优异的光电性能让有机-无机卤化物钙钛矿材料在光伏领域受到极大关注。然而,钙钛矿材料中含有对环境和人体有害的重金属铅,阻碍了其商业化发展。锡具有与铅相同的外层电子结构和相近的离子半径,能形成同类型的三维钙钛矿结构,并具有更理想的光学带隙,最有希望替代铅基钙钛矿。现阶段锡基钙钛矿太阳能电池的研究也面临着许多挑战。相较于铅基钙钛矿,锡基钙钛矿薄膜的结晶过程显得更加难以控制,薄膜形貌更差,且易形成无序晶粒,产生许多三维缺陷。这些缺陷易导致氧气和水分的侵蚀,大大降低器件的性能和稳定性。此外,锡基钙钛矿材料本身也极易被氧化并产生Sn空位,导致严重的非辐射复合损失和电压损失。当前研究鲜少同时兼顾上述两个问题,大多都只单方面的考虑如何抑制Sn2+氧化或调控结晶。

  Advanced Functional Materials (IF 18.808) 在2021年12月刊登一项有关乙酸可调节锡基钙钛矿太阳能电池中的结晶动力学和抑制Sn2+氧化的研究。在此研究中,研究团队使用乙酸(HAc)降低前体溶液的过饱和浓度,形成预成核簇以有效调节结晶动力学。HAc中所含的氢离子和乙酸根离子能有效抑制Sn2+的氧化,HAc与碘离子(I-)之间的氢键作用大大降低了I-的损失,确保了I-/Sn2+的化学计量比。

  透过光焱科技太阳光模拟器进行电流密度-电压 (J−V) 量测,并以光焱科技 QE-R 量子效率测量系统进行外部量子效率 (EQE) 检测。研究结果发现相应的钙钛矿薄膜比例接近理论值,有效降低缺陷密度并保持完美的晶格。HAc辅助的锡基钙钛矿太阳电池实现了 12.26% 的功率转换效率(PCE),并具有高达 0.75 V 的开路电压。此外,即使在氮气中储存 3000 小时后,未封装的器件仍保持90% 的初始 PCE,而这个方式也为制备高质量锡基钙钛矿薄膜奠立基础。

  光焱科技量子效率测量系统除了用于太阳能电池的 EQE (External Quantum Efficiency) 光谱分析,同时对于太阳能电池在太阳光模拟器下的短路电流,也提供了 Jsc (short-circuit current density) 的比对,以证明实验的真确性。光焱科技的太阳光模拟器与 KA-6000 软件,也同时提供了短路电流对时间变化的监控,以证明太阳能电池的稳定!

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在标准 AM 1.5 G 光照下,具有 5 mol% 和 15 mol% HAc 器件的 J-V 曲线。

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在 N2 环境中光照下的 PCE。
本文关键词:锡基钙钛矿太阳能电池、Tin-based perovskite solar cells、乙酸、 Hac、调节结晶动力学、Modulation of Crystallization Kinetics、抑制 Sn2+ 氧化、Inhibition of Sn2+ Oxidation 、太阳光模拟器、solar simulator、sun simulator、量子效率、quantum efficiency

原文:https://doi.org/10.1002/adfm.202109631

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