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宁波材料所在全钙钛矿叠层太阳能电池研究方面取得进展
2024年08月23日 11:13:45
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来源: 宁波材料技术与工程研究所
【重工机械网 科技动态】有机金属卤化物钙钛矿因其优异的吸光性能和电子性能受到广泛关注，迄今为止其能量转化效率(PCE)已提高到了26.1%以上。为了进一步打破单结电池的Shockley-Queisser(SQ)极限，研究人员开发了两端(2T)全钙钛矿串联太阳能电池。全钙钛矿串联太阳能电池依赖于高性能锡铅(Sn-Pb)钙钛矿太阳能电池(PSCs)。除了已被充分研究的氧氧化问题外，与碘化物相关的缺陷以及由此产生的I2在光照下会带来显著的降解风险，导致Sn2+氧化为Sn4+。 
为实现高效的叠层电池，中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员和刘畅研究员等人在前期钙钛矿太阳能电池研究的基础上(Joule. 2024, DOI:10.1016/j.joule.2024.01.021; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem.Int. Ed. 2023, 135, e202217526; Adv. Funct. Mater. 2023, 2214788; Adv. Funct. Mater. 2023, 2210600；Infomat 2022, e12379; Nano Energy 2022, 93, 106800；Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630；Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416)，近期在解耦全钙钛矿串联太阳能电池中Sn-Pb钙钛矿光氧诱导降解机制研究中取得了重要进展。
团队在本研究中加入了不同极性的苯肼阳离子添加剂。这些添加剂与锡(Sn)形成强大的配位键，增强了Sn- I键的强度，与本征带电缺陷(如空位和间隙(VSn, VFA, ISn, Ii-))形成静电相互作用。协同效应抑制了光诱导I2的形成和随后的Sn-Pb钙钛矿氧化，解决了窄带隙(NBG)PSCs在连续光照下的稳定性问题。为了进一步增强其在空气中的稳定性，研究人员引入了2-巯基苯并咪唑(MBI)，可以抑制来自环境空气的降解途径。最终单结NBG电池的PCE达到了23.0%。此外，耐久性测试证实，改良的电池在运行400小时后仍保持其初始效率的89.4%以上，具有出色的长期稳定性。团队集成了2T单片全钙钛矿串联电池，实现了27.9%的PCE(27.2%的认证效率)。该串联装置在300小时后保持了90.3%的初始PCE，在2400小时的长期测试后保持90.7%。该研究不仅促进了科研人员对Sn-Pb钙钛矿降解机制的基本理解，而且为开发更具弹性的串联太阳能电池提供了实用途径。
该工作以“Decoupling light- and oxygen-induced degradation mechanisms of Sn–Pb perovskites in all perovskite tandem solar cells”为题发表于材料领域顶级期刊Energy &Environmental Science(DOI: 10.1039/d4ee02427c)。宁波材料所硕士生白杨、宁波材料所和宁波诺丁汉大学联培博士生田睿佳和宁波材料所硕士生孙可轩为该论文的共同第一作者，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。
上述工作得到了国家杰出青年科学基金(21925506)、国家自然科学基金(U21A20331、81903743、22279151、22275004)等项目资助。(光电信息材料与器件实验室 白杨)
图1(a)苯肼体系添加剂的作用机制；(b)全钙钛矿叠层太阳能电池器件效率及其结构图
关键词：
太阳能电池
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