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在一項(xiàng)專注提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）的新研究中，材料科學(xué)家研究了PSC中的無(wú)輻射性重組位點(diǎn)，這是導(dǎo)致電壓損失的主要原因之一，電壓損失會(huì)使電池效率下降。

實(shí)驗(yàn)的重心是通過(guò)將GuaBr（溴化胍）和OABr（正辛基溴化銨）的混合陽(yáng)離子滲透到鈣鈦礦體中，使鈣鈦礦吸收層和電荷傳輸層（CTL）之間的界面鈍化。

該研究發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》科學(xué)雜志上。

科學(xué)家們得出的結(jié)論是，在短路電流密度、功率轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性方面，混合了OABr和GuaBr的表面處理鈣鈦礦太陽(yáng)能電池優(yōu)于單一間隔陽(yáng)離子電池。


研究小組發(fā)現(xiàn)，大型烷基銨陽(yáng)離子（間隔陽(yáng)離子）具有更好的疏水性，這會(huì)產(chǎn)生高效鈍化作用，同時(shí)增強(qiáng)PSC的穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)針對(duì)的是因重組引起的電壓損失，重組可在PSC中通過(guò)鈣鈦礦本體、鈣鈦礦/ETL或HTL接口以及ETL和HTL之間的分流路徑發(fā)生?？茖W(xué)家們利用維度工程力學(xué)原理，將大塊有機(jī)陽(yáng)離子納入到PSC中，形成低維柱狀（1D）或?qū)訝睿?D）晶體結(jié)構(gòu)。


示意圖：a）器件結(jié)構(gòu) b）表面摻入GuaBr、OABr及其混合物

科學(xué)家們研究了1D和2D或2D和3D鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的混合物，這些結(jié)構(gòu)可以提高PSC裝置的穩(wěn)定性和效率。他們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)沉積3D鈣鈦礦光活性層和1D/3D間隔陽(yáng)離子的異丙醇或氯仿溶液，可以獲得具有1D/2D覆蓋層的界面鈍化。

團(tuán)隊(duì)觀察了一些近期實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們使用單間隔陽(yáng)離子（OABr）取得的轉(zhuǎn)換效率為23.38%，但設(shè)備穩(wěn)定性較差。研究顯示，將GuaBr陽(yáng)離子做為鈣鈦礦和HTL之間的表面鈍化層可以提升PSC裝置的穩(wěn)定性。

胍陽(yáng)離子的體積較小并可提供整體鈍化，使胍離子更容易滲透到鈣鈦礦體中。這一化合物定位在晶界處，在那里它與低配位的碘形成氫鍵，從而抑制電荷重組，最終防止了PSC裝置中的電流損失。

科學(xué)家們隨后在四種條件下制造了PSC，包括在HTL/鈣鈦礦界面上的無(wú)鈍化對(duì)照樣品，在HTL側(cè)的各種鈍化層條件，這些鈍化層分別包含了GuaBr和OABr以及兩者的混合物。

GuaBr和OABr成分之間的比例以三種不同的體積比進(jìn)行了優(yōu)化：1:1,（1G-1O）；1:2，（1G-2O）以及2:1，（2G-1O）。


a) ssPL光譜和b)控制和鈍化鈣鈦礦薄膜的TRPL，以及c)控制、d) G，e) O和f) 1G- 1O-鈍化鈣鈦礦薄膜的PL圖像。

ARC激子科學(xué)卓越中心的另一項(xiàng)研究最近在太陽(yáng)能玻璃中實(shí)現(xiàn)了15.5%和4.1%的PCE。其中，由鈣鈦礦材料制成的半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池原型各不相同。這種太陽(yáng)能玻璃的可見(jiàn)光穿透率分別為20.7%和52.4%，可用于高層建筑的窗戶。

加州大學(xué)洛杉磯分校Samueli工程學(xué)院的材料科學(xué)家和其他五個(gè)學(xué)院的研究人員最近展示了制造鈣鈦礦太陽(yáng)能電池時(shí)的簡(jiǎn)單表面調(diào)整，這是為了克服因長(zhǎng)期暴露在陽(yáng)光下導(dǎo)致的電池衰減。

原標(biāo)題：研究新進(jìn)展：間隔陽(yáng)離子提升鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率