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        北京同步輻射漫散射線站助力用戶取得鈣鈦礦太陽能電池研究新進展
        2022-07-22|文章來源:多學科中心 |【
         

          有機——無機雜化鈣鈦礦太陽能電池具有光電轉化效率高、成本低廉等優點,受到學術界和產業界的重視?,F階段高效率鈣鈦礦電池多數是通過溶液旋涂法制備,這種方法不利于制備大面積鈣鈦礦器件,存在有機溶劑污染環境的問題,且難以和工業化生產兼容。相比之下,真空蒸鍍工藝有效避免了有機溶劑的使用,且可以實現大面積均勻沉積薄膜,被學界認為是一種可以規?;a鈣鈦礦太陽能電池的工藝。然而,迄今為止,通過真空蒸鍍工藝制備的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率仍顯著落后于溶液旋涂法。 

          近日,清華大學電機系易陳誼課題組報道了一種基于真空蒸鍍制備高效率大面積鈣鈦礦太陽能電池的新工藝。該工藝制備的電池打破了真空蒸鍍法鈣鈦礦太陽能電池效率的世界紀錄,相關成果發表在國際學術期刊《科學·進展》(Science Advances)上(Sci. Adv.8, eabo7422 (2022) )。 

          該課題組提出了一種氯元素合金化的真空蒸鍍工藝,用于制備高效率大面積鈣鈦礦太陽能電池。通過該方法制備的太陽能電池表現出了優異的光電性能,在AM1.5G標準光照下取得了最高24.42%的光電轉換效率,刷新了真空蒸鍍法制備鈣鈦礦太陽能電池的效率紀錄,在1cm214.4 cm2的大面積器件上分別實現了23.44%和19.87%的光電轉化效率。此外,真空蒸鍍法制備的太陽能電池表現出了良好的穩定性,在干燥空氣中存儲超過4000小時后無衰減,在濕度為35%的環境空氣中儲存1300小時后仍然保持97%的初始效率。該研究結果展示了真空蒸鍍工藝在制備大面積高效率鈣鈦礦太陽能電池的優越性和產業化應用的可行性。 

          研究人員依托北京同步輻射裝置1W1A-漫散射實驗站使用掠入射廣角X射線散射(GIWAXS)、掠入射X射線衍射(GIXRD)對鈣鈦礦電池的結晶過程進行了原位表征。GIWAXS測試結果表明:在前驅體薄膜中引入氯元素可以形成多元合金(Cs0.05PbI2.05-xClx),使前驅體薄膜具有垂直于基底生長的擇優取向和更強的結晶性。原位GIWAXS和原位GIXRD測試表明,氯元素的摻雜可以顯著加速FAI分子在碘化鉛(PbI2)晶格中的擴散速度、促進δ相甲脒鉛碘(δ-FAPbI3)轉變為α相(α-FAPbI3),以及顯著提升FAPbI3的結晶性。 

         

          圖1 真空蒸鍍鈣鈦礦電池器件性能和穩定性表征 

          圖2 原位GIWAXS測試表征鈣鈦礦薄膜結晶過程 

          原文鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7422 

          DOI: 10.1126/sciadv.abo7422 


         
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