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新策略让光电转化效率保持稳定

2024年02月26日    http://www.baogaoku.com   【字体:    

能够将光能转化为电能的钙钛矿电池,其单片小面积的光电转化率在实验室已达到25%甚至更高,被认为是继硅太阳能电池之后的又一理想新能源能源行业分析报告电池。然而,在钙钛矿电池制备过程中,有一个绕不过去的环节:离子缺失。

钙钛矿分子有着独特的结构,分子结构中的一些离子构成一个八面体的立方晶格,像一个独立的积木结构。不同的离子元素组合,会有不同的性能和效果。当无数钙钛矿分子聚集在一起,会构成更大的规整立体结构。在制备钙钛矿电池的过程中,经常会发生离子缺失。这样的情况,被称为“缺陷”。

克服“缺陷”的方法便是“钝化”。所谓“钝化”,就是补上缺失的部位,或者是让这个缺失更难形成。王睿介绍,目前钝化剂有很多类型,无论是固体、液体或者气体形态的钝化剂,都会被“滴”在钙钛矿薄膜表面。这个过程,就是“缺陷钝化”。钙钛矿电池出厂之前,都必须经过“缺陷钝化”这一关键步骤。

随着电池器件运行时间的延长,钙钛矿电池表面的缺陷“浓度”也会随之增加,即电池会产生“计划外”的缺陷。比如,放在太阳光下照射,某些离子有可能会产生迁移;同时,电池使用时间长了,也可能会产生新的缺陷。
目前钝化剂的浓度通常针对新鲜制备的器件而设计,为尽可能不损伤电池,钝化剂浓度也被保持在一个尽可能低的数量级。然而,初始低浓度的钝化剂无法持续“钝化”越来越多新产生的缺陷。原则上,如果起初使用高浓度的钝化剂,或许可以在后续新缺陷出现时再对它们进行处理。但这一策略至今尚未取得成功,因为高浓度的钝化剂往往对器件性能产生不利影响。

在使用一系列分子作为电池钝化剂的测试实验中,研究团队察觉到了有一类分子——三联吡啶分子,电池对它的浓度“不敏感”。研究人员用这类分子作为钝化剂,并把分子的浓度提高到了常规使用浓度的20倍。多种验证手段发现,即便在高浓度的情形下,这类分子也可以有序地堆砌在钙钛矿表面,对钙钛矿的晶格破坏小,且其堆砌的方向有利于界面电荷的提取和传输。

三联吡啶分子的这种特性,能在不降低电池器件性能的情况下,对钙钛矿进行高浓度钝化,从而提高了钝化效果的耐久性。实验数据显示,经过三联吡啶处理的钙钛矿表面器件表现出高达25.24%的光电转换效率和出色的器件稳定性,在标准测试条件下运行2664小时后仍保持90%的初始效率。

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