华北电力大学丁勇等人最新Science:阳离子反应性抑制高效稳定太阳电池模组中钙钛矿的降解

文摘   2024-11-01 19:56   瑞士  
高效率和长期稳定性是钙钛矿太阳能电池模块 (PSM) 商业化的关键需求。尽管PSM的功率转换效率 (PCE) 已提升,但水分、热量和光照等因素引起的性能衰退仍需克服,特别是三维 (3D) 钙钛矿 ABX3 在热和光作用下的相降解问题。目前,添加离子液体添加剂和路易斯酸碱掺杂剂,以及表面钝化策略等措施已取得进展,但尚未达到商业稳定性要求。研究表明,尽管路易斯碱性离子液体 [Bcmim]Cl 可在一定程度上抑制降解并促进薄膜均一性,但其阳离子无法掺入晶格,因此在热应力下仍不能完全防止降解。为进一步增强 PSM 的稳定性,需结合基础稳定增强机制的综合策略。

基于此,华北电力大学丁勇教授(共同第一作者)联合洛桑联邦理工学院Mohammad Khaja Nazeeruddin、Paul J. Dyson教授、赵康宁、西湖大学王睿研究员、常州圣盛精工设备有限公司盛江共同表明,将 N,N-二甲基亚甲基氯化物掺入钙钛矿前体溶液中形成二甲基铵阳离子,并且先前未观察到的甲基四氢三嗪 ([MTTZ]+)阳离子有效地改善了钙钛矿薄膜。[MTTZ]+阳离子的原位形成增加了碘空位的形成能,增强了碘离子和铯离子的迁移能垒,从而抑制了非辐射复合、热分解和相分离过程。优化的 PSM 在孔径面积为 27.2 cm2 的情况下实现了创纪录的(经认证的)PCE 23.2%,稳定的PCE为23.0%(认证值)。在 85°C 和 85% 相对湿度、1.0 太阳光照下进行约 1900 小时的最大功率点跟踪后,封装的 PSM 保留了其初始 PCE 的 87.0%。相关成果以“Cation reactivity inhibits perovskite degradation in efficient and stable solar modules”为题发表在《Science》上,华北电力大学为第一单位 ,据小编所知,这是华北电力大学校史首篇《Science》研究型论文。

论文信息:Yong Ding et al., Cation reactivity inhibits perovskite degradation in efficient and stable solar modules. Science386,531-538(2024). DOI:10.1126/science.ado6619

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