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寧波材料所在穩(wěn)定運行的鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得進展

2024-05-06 14:06:24來源：寧波材料技術(shù)與工程研究所 閱讀量：101 評論

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　　鈣鈦礦由于其顯著的光電特性，具有高吸收系數(shù)、長載流子擴散長度、高載流子遷移率等優(yōu)點而備受關(guān)注。盡管鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的光伏效率取得了快速進步，但其運行穩(wěn)定性仍然是商業(yè)化的重大挑戰(zhàn)。這種不穩(wěn)定性主要是由光誘導(dǎo)的鹵化物離子遷移和隨后氧化成碘(I2)引起的，尤其當(dāng)器件在面對高溫下的熱效應(yīng)時，這種情況會更加嚴(yán)重，會導(dǎo)致I2揮發(fā)并導(dǎo)致不可逆的器件退化。因此，抑制鈣鈦礦太陽能電池器件中I-/I2的逸出至關(guān)重要。
 
　　為了解決這一問題，近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期鈣鈦礦太陽能電池研究的基礎(chǔ)上(Joule. 2024, DOI:10.1016/j.joule.2024.01.021; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem.Int. Ed. 2023, 135, e202217526; Adv. Funct. Mater. 2023, 2214788; Adv. Funct. Mater. 2023, 2210600；Infomat 2022, e12379; Nano Energy 2022, 93, 106800；Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630；Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416)，在碘離子動態(tài)可逆氧化還原用于ISOS-L-3協(xié)議下穩(wěn)定運行的鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得重要進展。
 
　　在這項研究中，團隊創(chuàng)新性地將含硫醇的還原劑巰基乙胺氫碘酸鹽(ESAI)納入鈣鈦礦薄膜中。這種添加的目的是防止碘離子的氧化，從而抑制FAPbI3→FAI+PbI2的光誘導(dǎo)降解途徑。此外，鈣鈦礦薄膜內(nèi)硫醇-二硫化物/I−-I2氧化還原對的形成為I2在光和熱應(yīng)力下持續(xù)還原提供了動態(tài)機制，促進了碘引起的降解的愈合。這種方法顯著增強了鈣鈦礦太陽能電池的運行穩(wěn)定性。根據(jù)ISOS-L-3測試協(xié)議(在~65℃相對濕度~50%的環(huán)境中進行MPP跟蹤)，經(jīng)過處理的鈣鈦礦太陽能電池在老化300小時后仍保持其初始效率的97%。相比之下，對照器件幾乎完全退化，這主要是由于熱引起的I2快速揮發(fā)。以上結(jié)果證明，在涉及熱效應(yīng)的情況下，將ESAI納入鈣鈦礦薄膜中是解決鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性問題的有效策略。
 
　　該工作以“Dynamic Reversible Oxidation-Reduction of Iodide Ions for Operationally Stable Perovskite Solar Cells under ISOS-L-3 Protocol”為題發(fā)表在材料領(lǐng)域頂級期刊Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.202400852)。寧波材料所碩士生盧曉怡、孫可軒和王耀華為該論文的共同第一作者，寧波材料所葛子義研究員、劉暢研究員和孟員員博士后為該論文的通訊作者。上述工作得到了國家杰出青年科學(xué)基金(21925506)、國家自然科學(xué)基金(U21A20331、81903743、22279151、22275004)等項目資助。(光電信息材料與器件實驗室  盧曉怡)
 
　　圖1(a) 不添加和添加ESAI的FAPbI3鈣鈦礦中的光和熱誘導(dǎo)降解機制；(b) ISOS-L-1和(c) ISOS-L-3協(xié)議的鈣鈦礦太陽能電池的運行穩(wěn)定性。
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