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基于CsxFA1-xPbI3-[GaAA3]4核壳结构的高效稳定钙钛矿太阳能电池

近年来,新型钙钛矿太阳电池得到了迅猛的发展,短短几年内,转换效率已经提升至现在的22.7%,受到了人们的广泛关注,然而该类电池的稳定性成为限制其进一步产业化的瓶颈。

最近,暨南大学新能源技术研究院麦耀华教授团队的论文In-situ Induced Core/Shell Stabilized HybridPerovskites via Gallium(III) Acetylacetonate Intermediate towards HighlyEfficient and Stable Solar CellsEnergy & Environmental ScienceEES杂志上发表。EES是英国皇家化学会(RoyalSociety of ChemistryRSC)的会刊,是能源与环境领域影响因子最高的杂志(IF=29.518)。暨南大学范建东教授和麦耀华教授为文章共同通讯作者,李闻哲副研究员和河北大学硕士生张翠苓为共同第一作者。

该研究得到广东省高水平大学建设经费的资助,同时也得到国家自然科学基金委面上项目(51672111)、暨南大学科研培育与创新基金青年基金项目(21617341)的支持。

暨南大学新能源技术研究院是以国家“千人计划”特聘专家麦耀华教授为学术带头人,为打造高水平新能源技术创新研发平台而成立的研究团队。新能源技术研究院以技术创新和人才培养为工作重心,通过面向产业化的前沿技术研发、科研成果转化和创新型人才培养,推动学科建设和新能源产业的发展。目前,研究院有专职科研人员12名,拥有包括PECVD、溅射和SEMXRD等大型材料与器件的制备与表征设备50余台(套),主要开展高效率晶体硅太阳电池、化合物薄膜太阳电池、钙钛矿太阳电池、锂电池和光伏系统等方向的研究。

 该研究工作获得了具有核壳结构的钙钛矿晶体薄膜,极大地提高了钙钛矿晶粒的防水性,并且通过钝化钙钛矿晶界的缺陷态,有效的提高了电池在潮湿环境中的稳定性和能量转换效率,器件在50%湿度条件下800h后仍能保持最初效率的90%

图文导读

基于CsxFA1-xPbI3-[GaAA3]4核壳结构的高效稳定钙钛矿太阳电池

1.钙钛矿晶体薄膜结构调控通过在钙钛矿前驱体溶液中加入乙酰丙酮镓(GaAA3),在旋涂和退火过程中,GaAA3经异构化过程生成[GaAA3]4,并与钙钛矿晶粒形成核壳结构的晶体薄膜。(a)GaAA3与异构化的[GaAA3]4单晶结构示意图;(b)GaAA3-MAI单晶结构示意图;(c)立方相的CsxFA1-xPbI3结构示意图;(d-f)核壳结构钙钛矿的HRTEM图像与傅里叶变换图像

基于CsxFA1-xPbI3-[GaAA3]4核壳结构的高效稳定钙钛矿太阳电池

 2.薄膜的水氧稳定性CsxFA1-xPbI3-[GaAA3]4核壳结构的晶体薄膜提高了薄膜的疏水性,有效地抑制了水对钙钛矿薄膜的分解作用。(a-c)水在不同掺杂浓度的钙钛矿薄膜上的接触角测试图;(d)钙钛矿薄膜稳定性测试结果图与测试原理图

 

基于CsxFA1-xPbI3-[GaAA3]4核壳结构的高效稳定钙钛矿太阳电池

3.薄膜的荧光光谱测试。GaAA3掺杂提高了薄膜的荧光强度和寿命,同时荧光发射峰位随浓度的提高发生蓝移,说明GaAA3掺杂降低了钙钛矿薄膜的缺陷态密度。(a)不同掺杂浓度的钙钛矿薄膜的稳态PL谱图;(b)不同掺杂浓度的钙钛矿薄膜的瞬态PL谱图;(c)不同掺杂浓度的钙钛矿薄膜的荧光寿命数值;(d-f)不同掺杂浓度的钙钛矿薄膜的荧光寿命mapping

 

基于CsxFA1-xPbI3-[GaAA3]4核壳结构的高效稳定钙钛矿太阳电池

4.器件的光伏特性。掺杂后的钙钛矿太阳能电池器件的最优效率达到18.24%,稳定化效率输出5h后仍然稳定在18%以上。器件在50%相对湿度的条件下,800h后仍能保持最初效率的90%(a)最优器件的J-V曲线与效率统计图;(b)最优器件对应的EQE与积分电流图;(c)最优器件的稳定化效率输出曲线图;(d)器件在50%相对湿度下的稳定性图。

参考文献:Wenzhe Li, Cuiling Zhang,  Yunping Ma,  Chong Liu, Jiandong Fan,  Yaohua Mai  and Ruud E. I. Schropp, EnergyEnviron. Sci., (2018), DOI: 10.1039/C7EE03113K

 

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