新能源技術研究院麥耀華團隊:構筑2D/3D層狀異質結同步提升大面積鈣鈦礦光伏性能和穩定性

發布單位:人員機構 [2020-03-19 00:00:00] 打印此信息

近日,新能源技術研究院麥耀華團隊在構筑2D/3D層狀異質結鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要進展,研究成果以“Spontaneously Self-Assembly of a 2D/3D Heterostructure Enhances the Efficiency and Stability in Printed Perovskite Solar Cells”為題發表在領域頂級期刊Advanced Energy Materials(IF=24.884)上。新能源技術研究院博士后胡金龍和鄭州大學聯合培養碩士研究生王川為共同第一作者,麥耀華教授和郭飛研究員為文章通訊作者。

與前期文獻廣泛報道的兩步法制備工藝不同,作者首次實現基于自組裝一步刮涂法制備2D/3D異質結MAPbI3鈣鈦礦。這主要得益于大尺寸分子S-芐基-L-半胱氨酸(SBLC)的兩親性結構以及其獨特的溶解性行為。

研究表明,通過一步刮涂結合真空淬滅結晶策略,一薄層2D鈣鈦礦完美地自組裝覆蓋在3D鈣鈦礦表面。表面2D層鈣鈦礦有效的鈍化3D鈣鈦礦的表面缺陷,抑制了非輻射符合,大幅提升了電池的開路電壓。小尺寸(0.09 cm2)2D/3D鈣鈦礦太陽能電池開路電壓相比于3D鈣鈦礦器件提高了100mV,高達1.2 V。

此外,基于刮涂法制備的2D/3D串聯模組(活性面積10.08 cm2)效率達到了15.38%,子電池平均開路電壓高達1.17 V。同時,2D/3D鈣鈦礦器件表現出更好的光、熱以及濕度穩定性。

有機-無機鹵化物鈣鈦礦因其具有帶隙可調,吸光系數高,優異的載流子傳輸性能以及可溶液加工等優點,是一種極具應用前景的光伏材料。經歷短短十年的發展,鈣鈦礦太陽能電池的能量轉化效率已由最初的3.8%提升至當前的25.2%。然而,在鈣鈦礦太陽能電池效率穩步提升的同時,鈣鈦礦對光、熱和水氧的穩定性問題已經成為其產業化進程的瓶頸。構筑2D/3D異質結鈣鈦礦被證明是一種提高器件環境穩定性的有效策略。此外,開發涂布印刷和大面積結晶工藝實現大面積鈣鈦礦薄膜和組件的制備也是其產業化道路上亟需解決的一個挑戰。

該工作得到國家自然科學基金和廣東省自然科學基金的支持。同時,得到了德國埃爾朗根-紐倫堡大學Christoph J. Brabec 教授團隊,洛桑聯邦理工學院(EPFL) Mohammad Khaja Nazeeruddin教授以及鄭州大學劉憲虎教授的大力支持。

文章鏈接:https://doi.org/10.1002/aenm.202000173

(信息科學技術學院新能源技術研究院)

責編:李偉苗


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