华南理工大学严克友最新EES：抗氧化剂自组装锡铅混合钙钛矿同质结，提高全钙钛矿串联叠层太阳能电池的效率和稳定性

分类：新闻中心、行业洞察

摘要：

27.42%，抗氧化剂自组装Sn-Pb钙钛矿同质结用于全钙钛矿串联太阳能电池。

文章目录[隐藏]

前言

Preface 

钙钛矿，蕴含着无限潜能的能量转换者，阳光，自然界的魔术师，通过钙钛矿的巧妙转化，化为了源源不断的绿色电能，这些能源正是推动着我们迈向一个更加绿色、可持续的未来。

      为了推动钙钛矿太阳能电池的进一步发展，来自中国华南理工大学严克友的科研团队持续发力，发表一篇重要研究成果。这篇研究展现了钙钛矿太阳能电池技术的未来潜力，并为解决目前面临的挑战提供了新的思路。 

图文导读

全钙钛矿串联叠层太阳能电池比单结钙钛矿太阳能电池具有更高的功率转换效率和更低的平准化电力成本。然而，具有锡铅合金的窄带隙子电池会通过表面氧化的Sn4+引起严重的p型自掺杂，从而产生大量的能量损失和器件性能下降。鉴于此，2024年7月23日华南理工大学严克友于EES刊发抗氧化剂自组装锡铅混合钙钛矿同质结，提高全钙钛矿串联叠层太阳能电池的效率和稳定性的研究成果，开发了一种一步自组装策略，通过抗氧化剂4-三氟甲基苯肼盐酸盐(TFPHCl)构建锡铅混合钙钛矿的p/p-同质结并制备高效稳定的窄带隙钙钛矿太阳能电池。自浮动的TFPH阳离子可以有效钝化缺陷并抑制Sn2+-Sn4+氧化，从而产生弱的p型表面(p-)。因此，形成的 p/p-同质结反过来加速了电荷分离并减少了非辐射复合。TFPHCl修饰的窄带隙钙钛矿太阳能电池的效率稳定在23.09%，开路电压为0.88 V，在780 小时内具有出色的运行稳定性。与宽带隙子电池结合后，TFPHCl修饰的全钙钛矿叠层电池终实现了27.42%的最佳效率，在450小时内具有长期运行稳定性。
研究背景

本次研究主要关注全钙钛矿串联太阳能电池的效率和稳定性提升，这在全球可再生能源需求激增的背景下尤为重要。钙钛矿太阳能电池以其高效的转换率和低成本的潜力成为研究的热点，但其商业化进程受到了材料稳定性问题的严重制约。针对这一问题，研究团队创新性地将目光投向了Sn-Pb混合钙钛矿，特别是NBG钙钛矿，其可调带隙和高开路电压的特性展现出巨大的潜力，然而Sn^2+易氧化成为性能的瓶颈。为了突破这一瓶颈，本次研究采用了抗氧化剂4-(三氟甲基)苯肼盐酸盐(TFPHCl)来诱导Sn-Pb钙钛矿自组装，从而形成具有良好性能的同质结。
主要亮点

创新的抗氧化剂自组装策略：通过使用4-三氟甲基苯肼盐酸盐（TFPHCl）作为抗氧化剂，研究团队开发了一种一步自组装策略，成功构建了锡铅混合钙钛矿的p/p-同质结，有效防止了Sn^2+的氧化。此外，还参与了钙钛矿的结晶过程。
显著提升的太阳能电池性能：TFPHCl修饰的窄带隙钙钛矿太阳能电池在开路电压为0.88 V的情况下，效率稳定在23.09%，并且在780小时内表现出出色的运行稳定性。这种改进显著提高了电池的能量转换效率和长期稳定性。
钙钛矿串联太阳能电池的高效集成：将TFPHCl修饰的窄带隙子电池与宽带隙子电池结合，形成了全钙钛矿串联太阳能电池，最终实现了27.42%的最佳效率，并在450小时内具有长期运行稳定性。这一成果展示了全钙钛矿串联电池在高效率和稳定性方面的潜力。

全面的材料表征和性能测试：研究团队采用了多种先进的表征技术，如X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、原子力显微镜（AFM）等，全面分析了钙钛矿薄膜的物理和化学特性。此外，通过J-V特性、电子-空穴器件的I-V曲线、光子到电子的转换效率（IPCE）、电化学阻抗谱（EIS）等测试方法，系统地评估了太阳能电池的光电性能。

综上所述

这项研究不仅在科学领域对钙钛矿太阳能电池的稳定性和效率提升有了新的认识，还具有前瞻性的目光，探索了其在串联电池中的应用潜力，为钙钛矿太阳能电池的商业化进程奠定了坚实的理论基础和技术创新支持。同时，为相关领域的研究提供了重要的理论支撑、技术创新。此次研究成果也为开发具有高效率和良好长期稳定性的全钙钛矿串联太阳能电池提供了新的思路和方法，这将全面推动国家新能源产业和双碳目标的可持续发展。