钙钛矿太阳能电池孔界面减轻了缺陷的影响

2019-02-11 08:55:37
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仅仅几年时间,钙钛矿太阳能电池的效率就从3%提高到20%以上。更重要的是,这种材料价格低廉,易于加工,为光伏发电带来了光明的前景。遗憾的是,仍然存在一些问题,例如其标称使用寿命:当材料暴露于UV辐射和电场时,转换效率急剧下降,如实际操作条件中的情况。现在,HZB的Helmholtz青年研究小组负责人和慕尼黑工业大学Allessio Gagliardi教授的Antonio Abate博士在Journal ACS Energy Letters上发表了关于钙钛矿电池结构对其标称使用寿命的影响的新结果。

科学家们研究了钙钛矿细胞的不同结构,在相同条件下使用金属氧化物电子传输层(ETL)如TiO2和SnO2制备它们。一组细胞在钙钛矿和ETL之间具有平面界面,而在另一组中建立了介孔界面,使钙钛矿和金属氧化物混合形成海绵状结构,其包含大量极小的孔。令人惊讶的是,具有中孔界面的钙钛矿电池随着时间的推移表现出比平面ETL-钙钛矿界面更好的输出稳定性。

经过仔细的实验​​观察和数值模拟,科学家现在能够提供一个解释:“介孔界面引起的好处基本上是由于其大的表面积,”阿巴特解释说。损害功率输出和工作寿命以及在ETL运行期间累积的缺陷往往会在这个大表面上被稀释。

科学家甚至可以获得这些缺陷的阈值密度:超过一定的阈值,太阳能电池的输出功率迅速下降。但低于此阈值,最大功率输出保持稳定。“我们证明了介孔结构中的器件比缺陷平面结构更能抵抗缺陷积累,”Abate总结道。

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