钙钛矿太阳能电池达到创纪录的长期稳定性

2019-02-11 08:57:33
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钙钛矿太阳能电池(PSC)可以提供高光转换效率和低制造成本。但为了具有商业可行性,钙钛矿薄膜还必须耐用,并且随着时间的推移不会在太阳光下降解。EPFL科学家现已大大提高了PSC的运行稳定性,在60oC的全日照下超过1000小时,其初始效率超过95%,超过20%。这项标志着钙钛矿太阳能电池最高稳定性的突破发表在“ 科学”杂志上。

稳定的挑战

传统的硅太阳能电池已达到成熟点,效率稳定在25%左右,并且高成本制造,重量级和刚性的问题基本上仍未得到解决。相反,基于钙钛矿太阳能电池的相对较新的光伏技术已经实现了超过22%的效率。

鉴于钙化物材料具有广泛的化学多功能性和低成本加工性,PSC有望通过提供廉价,重量轻和高效的太阳能电池来引领光伏技术的未来。但到目前为止,只有非常昂贵的原型有机空穴传输材料(HTM,在太阳能电池中选择性地传输正电荷)才能实现超过20%的功率转换效率。并且由于它们的成分,这些空穴传输材料不利地影响PSC的长期操作稳定性。

因此,研究能够产生同样高效率的廉价且稳定的空穴传输器对于能够大规模部署钙钛矿太阳能电池的需求很大。在各种无机HTM中,硫氰酸亚铜(CuSCN)作为稳定,有效和廉价的候选物(0.5美元/克,相对于常用的螺-OMeTAD为500美元/克)是突出的。但是先前使用CuSCN作为钙​​钛矿太阳能电池中的空穴传输剂的尝试仅产生适度稳定的效率和差的器件稳定性,这是由于与在钙钛矿膜顶部沉积高质量CuSCN层相关的问题,以及化学不稳定性。当集成到钙钛矿太阳能电池中时,CuSCN层。

稳定的解决方案

现在,EPFL的MichaelGrätzel实验室的研究人员在由博士后N​​eha Arora和M. Ibrahim Dar领导的项目中引入了两个新概念,克服了基于CuSCN的钙钛矿太阳能电池的主要缺点。首先,他们开发了一种简单的基于动态解决方案的方法,用于沉积高度共形的60nm厚的CuSCN层,从而可以制造具有超过20%的稳定功率转换效率的钙钛矿太阳能电池。这与最佳性能,最先进的螺-OMeTAD基钙钛矿太阳能电池的效率相当。

其次,科学家在CuSCN和金层之间引入了还原氧化石墨烯的薄间隔层。这项创新使钙钛矿太阳能电池具有出色的操作稳定性,在60°C的全日照下,在最大功率点运行1000小时时,可保持95%以上的初始效率。这甚至超过了有机基于HTM的钙钛矿太阳能电池的稳定性,这些太阳能电池经过大量研究并且最近在该领域占据主导地位。

研究人员还发现,钙钛矿器件的不稳定性源于太阳能电池运行过程中CuSCN /金接触的退化。

“这是钙钛矿太阳能电池研究的一项重大突破,将为这一非常有前景的新型光伏技术的大规模商业部署铺平道路,”MichaelGrätzel说。“这将使该领域的众多科学家受益,他们一直在寻找能够取代目前使用的,极其昂贵的有机空穴传输器的材料,”M. Ibrahim Dar补充道。

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