兩親分子制備出光電轉(zhuǎn)化效率23.5%的穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

:鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）由于其出色的光伏（PV）性能，低成本，大面積制造能力而受到廣泛的研究關(guān)注。在過(guò)去幾年中，PSC的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）從≈9％急劇增加到25.2％，但是其穩(wěn)定性是該領(lǐng)域目前面臨的重要問(wèn)題，制備出高光電轉(zhuǎn)化效率，高穩(wěn)定性的器件，是推動(dòng)該領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的首要問(wèn)題。

（來(lái)源：微信公眾號(hào)“能源學(xué)人”作者：Energist）

近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Michael Grätzel教授課題組，提出了一種新型的鈍化劑，即4-叔丁基-芐基碘化銨（tBBAI），該鈍化劑具有大位阻的叔丁基基團(tuán)可防止空間排斥引起的不利聚集。發(fā)現(xiàn)用tBBAI進(jìn)行簡(jiǎn)單的表面處理可顯著加速電荷從鈣鈦礦中提取到spiro-OmetaD空穴傳輸劑中，同時(shí)阻止了非輻射電荷復(fù)合。這將鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)化效率（PCE）從≈20％提高到23.5％，更加重要的是，tBBAI處理將填充因子從0.75提高到0.82的極高值。叔丁基還提供了疏水性保護(hù)傘，可保護(hù)鈣鈦礦膜免受周圍水分的侵蝕。此外，在連續(xù)模擬太陽(yáng)輻射，最大功率點(diǎn)跟蹤下，全日照500小時(shí)后，PSC表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，可保留其初始PCE的95％以上。

圖1. A）PEAI和tBBAI的化學(xué)結(jié)構(gòu)。B）鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)模型圖，C–E）鈣鈦礦薄膜，PEAI鈍化的鈣鈦礦薄膜，tBBAI鈍化的鈣鈦礦薄膜，比例尺為1 μm。

圖2. A）鈣鈦礦，鈣鈦礦/PEAI和鈣鈦礦/tBBAI薄膜的XPS光譜。B）各種薄膜的C1s光譜。C）鈣鈦礦/ tBBAI 薄膜I3Dde 深度XPS。D）鈣鈦礦，鈣鈦礦/ PEAI和鈣鈦礦/ tBBAI的XRD圖譜。

圖3. A）玻璃/ FTO /mp-Al2O3 /鈣鈦礦/無(wú)表面鈍化層的TRPL（對(duì)照，藍(lán)色），PEAI（紅色）和tBBAI（黑色）。B）不含空穴傳輸層的樣品的TRPL測(cè)試。

圖4. A）電池的反向掃描的IV曲線。B）在環(huán)境空氣下的對(duì)鈣鈦礦電池最大功率的跟蹤測(cè)試。C）鈣鈦礦電池的IPCE。D）不同光照強(qiáng)度和開(kāi)路電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖5. A）在惰性氣氛（N2）中的MPP老化測(cè)試，無(wú)鈍化的PSC和PEAI和tBBAI鈍化的PSC在一個(gè)陽(yáng)光下連續(xù)照射。B）表面上的水滴圖像鈣鈦礦薄膜（對(duì)照）和鈍化的鈣鈦礦整潔的鈣。

在這項(xiàng)工作中，作者通過(guò)簡(jiǎn)單的表面鈍化劑tBBAI。通過(guò)電光學(xué)表征表明，tBBAI鈍化的鈣鈦礦膜片顯示較少的非輻射電荷載流子復(fù)合，即較低的缺陷密度，并顯著改善了鈣鈦礦薄膜中的電荷提取到空穴傳輸層。此外開(kāi)路電壓增加了≈50mV與無(wú)鈍化的鈣鈦礦薄膜。鈍化劑tBBAI的冠軍電池的PCE為23.5％。此外，與PEAI相比，tBBAI的疏水性增強(qiáng)導(dǎo)致增強(qiáng)耐濕性，因此具有更好的操作穩(wěn)定性。使用tBBAI的PSC在使用后保留了其初始PCE的95％以上500小時(shí)的MPP跟蹤，以及之后90％以上的初始PCE在相對(duì)濕度為50–70％的環(huán)境空氣中老化55天。該工作提供了一種簡(jiǎn)單而有效的方法來(lái)制造具有出色效率和穩(wěn)定性。

原標(biāo)題:量身定制的兩親分子制備出光電轉(zhuǎn)化效率23.5%的穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池