科研动态

材料学院郑晓鹏团队在新型薄膜太阳能电池领域取得重要进展

  • 可溶液加工的钙钛矿太阳能电池具有成本低、转换效率高的优点。然而,稳定性较差的问题严重制约了其产业化发展进程。反式(p-i-n)型钙钛矿太阳能电池具有制造工艺简单、迟滞效应小、适合制备柔性和叠层器件等优点,得到了广泛的关注。近年来,反式钙钛矿太阳能电池在应用咔唑类磷酸自组装单分子层(SAM)空穴提取层后效率得到了很大的提升。但基于极薄SAM 空穴提取层的器件还存在热稳定性较差的问题,因为在高温条件下SAM分子锚定基团与基底之间形成的化学键会发生断裂,从而影响界面电荷提取,导致器件降解或失效。

    图1. 不同温度下钙钛矿太阳能电池的工作稳定性

    针对上述问题,该研究将MeO-4PADBC SAM分子锚定在氧化镍纳米粒子(NiOx NPs)薄膜表面,增强了空穴提取界面的稳定性。实验结果表明,MeO-4PADBC分子不仅可以高密度地锚定在NiOx NP薄膜,并且可以与NiOx形成更强的三齿键,形成更加稳定的空穴提取界面。此外,NiOx/MeO-4PADBC空穴提取层与不同带隙的钙钛矿之间形成理想的能级匹配,并且界面处具有较低的缺陷态密度,有效的降低了不同带隙器件的电压损失。研究结果表明,以NiOx/MeO-4PADBC SAM作为空穴提取层制备的带隙为1.53 eV的反式器件实现了25.6%的认证效率,高于以NiOx(21.6%)或MeO-4PADBC(24.2%)作为空穴提取层制备的器件。令人欣喜的是,NiOx/MeO-4PADB空穴传输层的界面热稳定性显著增强,其热降解活化能是常规结构界面ITO/MeO-4PADBC的3倍(图1)。因此,1.53 eV 反式器件在65℃下连续工作1200小时后仍能维持>90%的初始效率,远好于单独由NiOx或MeO-4PADBC制备的对比器件。由阿伦尼斯公式可以推算,基于NiOx/MeO-4PADBC制备的器件在25 ℃下连续工作超过10个月后仍能维持80%以上初始效率。该研究为设计稳定的空穴提取界面提供了指导,推动钙钛矿光伏向产业化发展。

    相关研究结果以“ Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells ”为题在《Science》杂志上发表。李稹(香港城市大学博士后)、孙祥浪(香港城市大学博士后)、郑晓鹏(国科大副教授,曾在美国国家可再生能源实验室(NREL)任博士后研究员)、李博(香港城市大学博士后)为论文共同第一作者,香港城市大学朱宗龙助理教授、华中科技大学李忠安教授为通讯作者,合作著者包括美国国家可再生能源实验室Joseph M. Luther资深研究员等。

    文章链接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade9637

    责编 : 贺静蕾