南開張建軍ACS:Voc達(dá)1.22V,長(zhǎng)鏈有機(jī)銨鹽對(duì)寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池雙功能鈍化發(fā)表時(shí)間:2025-04-23 14:13 主要內(nèi)容: 寬帶隙(WBG)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)作為各種串聯(lián)配置中的頂子電池,是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)高效光伏發(fā)電的關(guān)鍵推動(dòng)者。它們能夠有效地吸收高能量光子并產(chǎn)生高開路電壓(Voc),從而顯著提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。然而,這些電池在實(shí)際應(yīng)用中面臨著顯著的光電壓損失和相分離等重大挑戰(zhàn),這些挑戰(zhàn)嚴(yán)重阻礙了其潛在效率和穩(wěn)定性的提升,限制了其商業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。 在此背景下,南開大學(xué)張建軍教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)針對(duì)WBG PSCs面臨的挑戰(zhàn),開發(fā)了一種創(chuàng)新的分子添加劑策略。該策略在鈣鈦礦加工過程中引入了雙功能的ODABr二銨鹽(十八烷-1,8-二胺溴化物)。選擇ODABr作為添加劑,是基于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì),有望與鈣鈦礦材料發(fā)生特定的相互作用,從而改善電池的性能。在加工過程中,通過**控制ODABr的添加量和添加時(shí)機(jī),成功制備出具有優(yōu)選取向結(jié)晶和增強(qiáng)相均勻性的分層二維/三維(2D/3D)鈣鈦礦薄膜。 ODABr的引入對(duì)鈣鈦礦薄膜的性能產(chǎn)生了顯著影響。一方面,它促進(jìn)了鈣鈦礦薄膜沿(100)晶面的擇優(yōu)取向生長(zhǎng),這種擇優(yōu)取向有利于電荷載流子的有效傳輸,并降低了陷阱態(tài)密度,從而增強(qiáng)了電荷載流子遷移率。另一方面,ODABr通過形成2D/3D混合結(jié)構(gòu),有效抑制了光照誘導(dǎo)的鹵化物相分離,實(shí)現(xiàn)了更高的相穩(wěn)定性(AM 1.5G)。這種雙功能作用顯著降低了非輻射復(fù)合損失,并延長(zhǎng)了載流子壽命。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)ODABr處理的WBG PSCs在性能上取得了顯著提升。開路電壓(Voc)從1.14 V提高到1.22 V,光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)從19.01%提升到20.71%。與表現(xiàn)出明顯光致發(fā)光紅移(表明存在嚴(yán)重相分離)的對(duì)照樣品相比,ODABr修飾的薄膜在相同光照條件下僅表現(xiàn)出微小的光譜偏移,這進(jìn)一步證明了ODABr在抑制相分離方面的有效性。 張建軍教授團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究不僅證明了ODABr在抑制非輻射復(fù)合損失和增強(qiáng)WBG PSCs穩(wěn)定性方面的有效性,還為WBG PSCs的商業(yè)化應(yīng)用提供了新的可能性。通過實(shí)施這些優(yōu)化策略,ODABr為推進(jìn)具有更高功率轉(zhuǎn)換效率和運(yùn)行穩(wěn)定性的鈣鈦礦光伏器件提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的技術(shù)框架。這一研究成果不僅推動(dòng)了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步,也為未來光伏技術(shù)的發(fā)展開辟了新的方向,有望帶來顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。 文獻(xiàn)信息: Bifunctional Passivation of Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells via Long-Chain Organic Ammonium Salts Baoyu Han,Hongkun Cai,Chao Liu,Zhihao Hu,Jifeng Liu,Boyan Li,Shuping Lin,Qi Sun,Yingchen Li,Qinwen Guo,Jian Ni,Juan Li,Jianjun Zhang |