【導(dǎo)讀】
反式鈣鈦礦陽能電池憑借著更加簡易的制備工藝，低廉的制備成本等優(yōu)點吸引了廣泛關(guān)注。近年來，反式鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率取得了長足的進步。然而，受限于其較差的穩(wěn)定性，反式鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化仍面臨較大挑戰(zhàn)。如何提升反式鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性是目前研究的熱點。
【成果掠影】
近日，武漢大學王植平教授團隊在Nature Energy上發(fā)表了新的研究論文，提出一種界面鈍化的物理方法，通過在鈣鈦礦層和電荷抽取層間的界面處引入固定電荷，可以顯著降低界面處載流子的復(fù)合和電壓損失并大幅提升反式鈣鈦礦太陽能電池的高溫穩(wěn)定性。在本文中，作者首先指明了被廣泛應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池電荷抽取層的金屬氧化物易導(dǎo)致鈣鈦礦層的分解，是影響反式鈣鈦礦太陽能電池效率和穩(wěn)定性的主要因素之一。在此基礎(chǔ)上，作者采用原子層沉積的方式在鈣鈦礦層和電荷抽取層間額外沉積一層金屬氧化物（AlOx、SiOx）從而提供固定電荷，固定電荷引入了內(nèi)建電場，可以抑制界面處載流子復(fù)合，提升光生載流子傳輸效率。同時，由于引入的氧化物層具有優(yōu)秀的化學穩(wěn)定性，可以隔絕外界環(huán)境對鈣鈦礦層的侵蝕。特別的，在NiOx和鈣鈦礦層間沉積AlOx層，可以利用AlOx的強酸性抑制鈣鈦礦層的質(zhì)子化，提升其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。實驗表明，相對參比器件，利用文中策略所制備的效率為22.5%反式鈣鈦礦太陽能電池的光電壓提升了至少60 mV。值得強調(diào)的是，采用固定電荷界面鈍化的反式太陽能電池在1 sun照射、溫度為85 oC下工作2000小時后效率未見損失。
相關(guān)研究文章以“Inverted perovskite solar cells with over 2,000 h operational stability at 85 oC using fixed charge passivation”為題發(fā)表在Nature Energy上。
【核心創(chuàng)新點】
本文通過創(chuàng)新性地物理鈍化方法抑制了界面處的電荷損失并顯著提升了反式鈣鈦礦太陽能電池的高溫穩(wěn)定性。
【數(shù)據(jù)概覽】
圖1. 器件性能和載流子動力學。©2023 Springer Nature
圖2. 金屬氧化物和鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)間的固定電荷。©2023 Springer Nature
圖3. 固定電荷對器件性能影響的計算模擬。©2023 Springer Nature
圖4. 器件性能表征和長期穩(wěn)定性測試。©2023 Springer Nature
【成果啟示】
本項研究為制備高效率、長期穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池提供了新的思路。該種策略也有望擴展到鈣鈦礦電致發(fā)光二極管領(lǐng)域，利用固定電荷的鈍化作用提升二極管的穩(wěn)定性。
原文詳情：Yuanhang Yang, Siyang Cheng, Xueliang Zhu, Sheng Li, Zhuo Zheng, Kai Zhao , Liwei Ji, Ruiming Li, Yong Liu , Chang Liu, Qianqian Lin , Ning Yan, Zhiping Wang. Inverted perovskite solar cells with over 2,000 h operational stability at 85 oC using fixed charge passivation, Nature Energy, 2023
