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新型钙钛矿薄膜让太阳能电池实现高效率 器件衰减率强

来源:中国科学报 时间:2020-11-13 09:48:44

南京工业大学先进材料研究院黄维院士团队、陈永华教授团队与澳门大学应用物理及材料工程研究院邢贵川教授合作,在世界上首次报道了一系列不同量子阱宽度的二维Ruddlesden-Popper(RP)层钙钛矿薄膜,及其高效的钙钛矿太阳能电池应用。相关成果北京时间11月10日发表于《自然—能源》。

近年来,二维RP层状钙钛矿材料由于其优越的稳定性和光电性能而成为钙钛矿太阳能电池的研究热点。基于液相法制备的二维RP层状钙钛矿薄膜均由多相混合量子阱结构(MQW)组成,即目标量子阱结构与实际获得的相结构有很大不同。研究人员一直致力于制备纯相二维钙钛矿薄膜,但却无法实现。

针对这一难题,合作团队通过引入熔融盐间隔阳离子源乙酸丁胺来替换传统的碘化丁胺,利用乙酸丁胺与钙钛矿骨架间的强离子配位,形成了中间相分布均匀的凝胶,允许具有垂直排列晶粒的纯相量子阱薄膜从各自的中间相结晶,制备出一系列不同量子阱宽度的纯相二维RP钙钛矿薄膜。基于这种钙钛矿薄膜的太阳能电池器件实现了高达16.25%的功率转换效率以及1.31 V的高开路电压。在湿度为65±10%的环境下连续运行4680小时,在85℃环境下连续运行558小时,或是在连续光照1100小时后,器件的效率衰减不到10%。

该研究展示的纯相量子阱,有助于促进太阳能电池和其他钙钛矿基光电器件如探测器、发光二极管、激光器等的发展。

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