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寧波材料所在穩(wěn)定運(yùn)行的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究方面取得進(jìn)展

2024-05-06 14:06:24來(lái)源：寧波材料技術(shù)與工程研究所 閱讀量：60 評(píng)論

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導(dǎo)讀：鈣鈦礦由于其顯著的光電特性，具有高吸收系數(shù)、長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度、高載流子遷移率等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。

　　鈣鈦礦由于其顯著的光電特性，具有高吸收系數(shù)、長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度、高載流子遷移率等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。盡管鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)的光伏效率取得了快速進(jìn)步，但其運(yùn)行穩(wěn)定性仍然是商業(yè)化的重大挑戰(zhàn)。這種不穩(wěn)定性主要是由光誘導(dǎo)的鹵化物離子遷移和隨后氧化成碘(I2)引起的，尤其當(dāng)器件在面對(duì)高溫下的熱效應(yīng)時(shí)，這種情況會(huì)更加嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致I2揮發(fā)并導(dǎo)致不可逆的器件退化。因此，抑制鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件中I-/I2的逸出至關(guān)重要。
 
　　為了解決這一問(wèn)題，近期，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究的基礎(chǔ)上(Joule. 2024, DOI:10.1016/j.joule.2024.01.021; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem.Int. Ed. 2023, 135, e202217526; Adv. Funct. Mater. 2023, 2214788; Adv. Funct. Mater. 2023, 2210600；Infomat 2022, e12379; Nano Energy 2022, 93, 106800；Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630；Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416)，在碘離子動(dòng)態(tài)可逆氧化還原用于ISOS-L-3協(xié)議下穩(wěn)定運(yùn)行的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究方面取得重要進(jìn)展。
 
　　在這項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將含硫醇的還原劑巰基乙胺氫碘酸鹽(ESAI)納入鈣鈦礦薄膜中。這種添加的目的是防止碘離子的氧化，從而抑制FAPbI3→FAI+PbI2的光誘導(dǎo)降解途徑。此外，鈣鈦礦薄膜內(nèi)硫醇-二硫化物/I−-I2氧化還原對(duì)的形成為I2在光和熱應(yīng)力下持續(xù)還原提供了動(dòng)態(tài)機(jī)制，促進(jìn)了碘引起的降解的愈合。這種方法顯著增強(qiáng)了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的運(yùn)行穩(wěn)定性。根據(jù)ISOS-L-3測(cè)試協(xié)議(在~65℃相對(duì)濕度~50%的環(huán)境中進(jìn)行MPP跟蹤)，經(jīng)過(guò)處理的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在老化300小時(shí)后仍保持其初始效率的97%。相比之下，對(duì)照器件幾乎完全退化，這主要是由于熱引起的I2快速揮發(fā)。以上結(jié)果證明，在涉及熱效應(yīng)的情況下，將ESAI納入鈣鈦礦薄膜中是解決鈣鈦礦太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性問(wèn)題的有效策略。
 
　　該工作以“Dynamic Reversible Oxidation-Reduction of Iodide Ions for Operationally Stable Perovskite Solar Cells under ISOS-L-3 Protocol”為題發(fā)表在材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.202400852)。寧波材料所碩士生盧曉怡、孫可軒和王耀華為該論文的共同第一作者，寧波材料所葛子義研究員、劉暢研究員和孟員員博士后為該論文的通訊作者。上述工作得到了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金(21925506)、國(guó)家自然科學(xué)基金(U21A20331、81903743、22279151、22275004)等項(xiàng)目資助。(光電信息材料與器件實(shí)驗(yàn)室  盧曉怡)
 
　　圖1(a) 不添加和添加ESAI的FAPbI3鈣鈦礦中的光和熱誘導(dǎo)降解機(jī)制；(b) ISOS-L-1和(c) ISOS-L-3協(xié)議的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的運(yùn)行穩(wěn)定性。
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