全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率獲突破 南大團(tuán)隊(duì)刷新世界記錄
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池是一種利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料，并通過(guò)疊層結(jié)構(gòu)來(lái)提高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池。作為太能能電池家族中重要的一員，鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池具有成本低、應(yīng)用范圍廣、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，因此被寄予厚望。但與此同時(shí)，大面積全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率與小面積疊層電池仍有較大差距，從商業(yè)化的角度來(lái)看，其距離產(chǎn)品化及大范圍應(yīng)用仍有一定距離，解決電池的穩(wěn)定性難題，提升電池光電轉(zhuǎn)換效率依舊是其重要的努力的目標(biāo)。
就在近日，南京大學(xué)成功在該領(lǐng)域獲得突破，刷新了全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄。根據(jù)南京大學(xué)以及科學(xué)技術(shù)處消息，經(jīng)國(guó)際第三方權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)測(cè)試，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院譚海仁課題組制備的1.05平方厘米全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到28.2% ，刷新了該尺度全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池的世界紀(jì)錄效率，為全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程做出了重要的貢獻(xiàn)。
而這也是繼團(tuán)隊(duì)在小面積全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池中先后實(shí)現(xiàn)24.8%(Nature energy 864, 4, 2019)、26.4%(Nature 603, 73, 2022)與28.0%(Nature 620, 994, 2023)的認(rèn)證紀(jì)錄效率后的一次重要突破。更重要的是此次突破還解決了大面積全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池功能層不均勻成膜導(dǎo)致的性能受限問(wèn)題。
團(tuán)隊(duì)在前期實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在充分優(yōu)化空穴傳輸層和鈣鈦礦體相后，大面積器件與小面積器件之間的性能差距仍然較大，這意味著后續(xù)沉積的電子傳輸層(C60)可能為器件引入了新的不均勻性。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員在鈣鈦礦與電子傳輸層之間引入了多種插入層分子，并通過(guò)使用大面積光致發(fā)光圖像研究，確定了表面經(jīng)4-氟苯乙胺氯處理后的鈣鈦礦均勻性能得到顯著提升，并且器件的電流也能得到增強(qiáng)。
基于此，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了進(jìn)一步的分析研究了插入層的結(jié)構(gòu)特性與作用機(jī)制，并將優(yōu)化后的寬帶隙鈣鈦礦用于制備全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池，制造出了此次破紀(jì)錄的全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池。值得一提的是，由于該技術(shù)適用于大面積全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池，因此其也有利于推動(dòng)全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
目前相關(guān)研究成果以《Homogenized contact in all-perovskite tandems using tailored 2D perovskite》為題，發(fā)表于《Nature》期刊，想要深入了解的讀者可以自行查閱。
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