一個國際研究小組制造了一種鈣鈦礦太陽能電池，據(jù)報道其具有較低的非輻射復(fù)合和缺陷態(tài)密度。

“我們的研究引入了一種創(chuàng)新的碘化鉛 (PbI2) 二次生長和 π-π 堆疊調(diào)節(jié)策略，可提高鈣鈦礦太陽能電池的光伏效率和穩(wěn)定性，”該研究的主要作者 Mojtaba Abdi-Jalebi 告訴《光伏》雜志。“通過使用 4-氟苯酰胺 (FBA) 促進(jìn)受控的 PbI2 成核和結(jié)晶，我們獲得了具有大晶粒和最小化缺陷狀態(tài)的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜，將電池效率從 22.06% 提高到 23.62%。”

π-π堆積相互作用是現(xiàn)代化學(xué)和分子生物學(xué)中應(yīng)用的一種非破壞性非共價相互作用，具有結(jié)合力強(qiáng)、制備過程無損、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。

Abdi-Jalebi 表示：“通過 FBA 與碘化鉛 (Pb-I) 框架之間的 π-π 堆積和氫鍵相互作用，我們顯著穩(wěn)定了 PbI6 骨架，解決了碘損失問題——這是鈣鈦礦太陽能電池性能下降的關(guān)鍵因素。這種方法不僅增強(qiáng)了 Pb-I 結(jié)構(gòu)在熱和光應(yīng)力下的彈性，而且在 1,300 小時內(nèi)實(shí)現(xiàn)了 96% 的初始效率保持率，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、商業(yè)上可行的鈣鈦礦太陽能電池鋪平了道路。”

該團(tuán)隊利用吉布斯自由能低、結(jié)晶度高的多孔 PbI2 薄膜構(gòu)建了大顆粒、低缺陷的鈣鈦礦吸收體。吉布斯自由能是物質(zhì)可用于化學(xué)轉(zhuǎn)化或反應(yīng)的可用能量。

該電池由氧化銦錫(ITO)制成的基板、氧化錫(SnO2)制成的電子傳輸層(ETL)、鈣鈦礦吸收劑、依賴于螺環(huán)-OMeTAD的空穴傳輸層(HTL)、基于間隔物的苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)和銀(Ag)金屬觸點(diǎn)構(gòu)成。

在標(biāo)準(zhǔn)光照條件下測試，器件光電轉(zhuǎn)換效率為23.62%，開路電壓為1.17 V，短路電流密度為26.19 mA/cm2，填充因子為77.24%;未經(jīng)FBA處理構(gòu)建的參考電池效率為22.07%，開路電壓為1.15 V，短路電流密度為25.19 mA/cm2，填充因子為76.47%。

在空氣中暴露 1,000 小時后，該電池仍能保持 77% 的效率，而參考設(shè)備的效率為 58%。

研究小組解釋說：“目標(biāo)鈣鈦礦電池在濕度和熱穩(wěn)定性測試中都表現(xiàn)出了優(yōu)異的穩(wěn)定性。”“在順序沉積方法中調(diào)節(jié) PbI2 晶體生長對于優(yōu)化鈣鈦礦晶體的后續(xù)生長至關(guān)重要。”

這一新穎的電池概念是在《化學(xué)工程雜志》上發(fā)表的一項研究“碘化鉛二次生長和 π-π 堆疊調(diào)節(jié)使順序鈣鈦礦太陽能電池效率達(dá)到 23.62% ”中提出的。

該研究團(tuán)隊由中國西南石油大學(xué)、重慶大學(xué)和英國倫敦大學(xué)學(xué)院馬萊特廣場分校的科學(xué)家組成。