研究亮点:
一、PSC商业化生产亟待解决的稳定性问题
虽然金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSC)的功率转换效率(PCE)现在可以超过25%,但在其商业化之前,必须解决长期运行不稳定的问题。目前报道的最稳定且高效的PSC在连续光照条件下,T80寿命(PCE下降到初始值的80%)仅为数百或数千小时,而大多数商业应用所需的寿命超过20年。尽管近期有研究报告,获得了PSC的T80寿命超过一年,但其PCE相对较低(<13%)。加速老化实验有助于快速检验PSC的稳定性,规律地“外加压力“的加速老化实验可以量化寿命加速系数(AF),该系数将在标准操作条件下的寿命与外加温度和光照条件下的寿命联系起来。虽然,基于AFs的外加高温和高强度光照的条件下测试,已开发用于有机和硅基光伏器件,但是鉴于PSC对温度、光和电偏压的复杂敏感性,为PSC开发适合的AFs仍具有挑战性。
二、成果简介
有鉴于此,普林斯顿大学Yueh-Lin Loo团队为了探索钙钛矿型太阳能电池(PSC)的降解途径并提高其稳定性,进行了规律性的加速老化试验。在35oC至110oC的温度下,在最大功率点(MPP)的恒定光照下,来量化封装的CsPbI3体系PSC的热加速降解。作者在钙钛矿活性层和空穴传输层(HTL)之间加入2D Cs2PbI2Cl2覆盖层,该2D层稳定了钙钛矿/HTL界面,并抑制了离子向HTL的迁移,使降解速度大大减慢,同时将全无机PSC的功率转换效率从14.9%提高到17.4%。具有该2D层的器件在35oC下不会降解,并且需要在恒定光照下110oC时,T80寿命>2100小时。研究发现器件的PCE降解速率遵循阿伦尼乌斯(Arrhenius)温度依赖性,根据实验得出的降解加速因子预测在35℃下连续运行的长期寿命为51000±7000小时(>5年)。
三、结果与讨论
要点1:摒弃了具有挥发性的有机组分,制备了全无机结构的PSC
要点2:制定加速老化量化标准
要点3:全钙钛矿叠层电池的性能和稳定性
五、小结
综上所述,作者采用全无机结构(各功能层均为无机材料),避免了热稳定性差的有机组分对器件稳定性的影响。作者研究了在恒定光照35oC至110oC下,热加速封装的CsPbI3 PSC的降解,发现引入2D层的器件在110°C下T80寿命>2100小时。并且,通过实验与计算,提出了加速钙钛矿降解的一种量化标准,器件PCE降解速率遵循Arrhenius温度依赖关系,根据实验测定的AF为24.2±3.5,预测其在35℃下对应的T80寿命为5.1±0.7×104小时,即器件可以连续运行5年以上。该研究进一步推动钙钛矿朝着商业化的方向的进程。
六、参考文献
X. Zhao et al. Accelerated aging of all-inorganic, interface-stabilized perovskite solar cells. Science (2022)
仪器推荐
在本文中普林斯顿大学Yueh-Lin Loo团队利用爱丁堡FLS980对全无机钙钛矿太阳能电池进行系统性的研究。爱丁堡FLS980对材料提供瞬态光谱测试数据,完成对全无机钙钛矿太阳能电池性质的表征,利用便捷的软件处理相关瞬态光谱数据,最后欢迎各位老师垂询爱丁堡最新款科研级稳态瞬态荧光光谱仪FLS1000。
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