最新Science：哌啶盐稳定的高效金属卤化物钙钛矿太阳能电池

木文韬 4年前 (2020-07-03) 16300浏览

【引言】

单片双端钙钛矿硅串联电池是近期商业规模部署的最有前途的光伏技术之一。这些电池具有宽带隙钙钛矿“顶部电池”，可吸收与硅“底部电池”互补的太阳光谱区域，已经证明具有高达29.1％的功率转换效率（PCE）。在实现高效率和长期稳定性之间通常会折衷。钙钛矿吸收剂中，甲基铵（MA）作为A位阳离子的存在，在高温、光照和大气条件下分解更快，可以通过用甲酰胺（FA）或甲酰胺和铯（Cs）的组成物来缓解。然而，在最近的许多报告中，使用MA来混合阳离子CsFAMA或FAMA钙钛矿形是效率最高的钙钛矿电池。另外，对钙钛矿吸收剂中的缺陷进行分子钝化是提高太阳能电池效率的常见途径，但往往会带来额外的热不稳定性。在低至60 ~ 85℃的温度下进行热处理后，吸收层和电池可以恢复到未钝化状态。因此，需要努力同时提高效率和改善长期稳定。

【成果简介】

今日，在英国剑桥大学Henry J. Snaith教授和Yen-Hung Lin博士后研究员（共同通讯作者）团队等人带领下，与伦敦帝国理工学院、俄勒冈州立大学、印度塔塔基础研究院、德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心和瑞典林雪平大学合作，通过将一种哌啶基离子化合物加入到甲酰胺-三卤化铅-钙钛矿吸收剂中，展示了高弹性正-本征-负的钙钛矿太阳能电池。由于带隙被调整为非常适合于硅基钙钛矿串联电池，这种哌啶添加剂提高了开路电压和电池效率，还能延缓成分分离成杂质相，并在侵蚀性老化过程中在钙钛矿吸收层中形成针孔。在大气环境中全光谱模拟阳光下，未封装和封装电池在60℃和85℃的条件下，分别在1010小时和1200小时内保持了80％和95％的峰值和老化后效率。团队的分析揭示了导致老化电池失效的详细降解途径。相关成果以题为“A piperidinium salt stabilizes efficient metal-halide perovskite solar cells”发表在了Science。