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钙钛矿薄膜太阳能电池再创转换效率新高—21.1%

发布时间:2016-04-11 12:09:19

2016年3月17日,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)研究人员将钙钛矿薄膜光伏器件的光电转换效率提高到21.1%,并且器件具有很好的可重复性和稳定性能。 

钙钛矿薄膜光伏电池具有潜在的低成本优势。然而,该类电池的热稳定性依然是一个大的问题。在钙钛矿薄膜组分中添加金属铯(Cs)将有助于提高电池的热及结构稳定性。利用这一方案, EPFL的研究人员开发了效率可达21.1%,且具有很好的器件可重复性能的钙钛矿薄膜光伏器件。这一研究结果发表于近期的 Energy and Environmental Science.

到目前为止,高效率的铅基钙钛矿太阳能电池多是利用混合的有机阳离子(甲铵 (methylammonium (MA))与甲脒阳离子(formamidinium (FA))与混合的卤素(Br and I)制备。不幸的是,这类基于MA/FA复合的钙钛矿电池通常表现出本征的结构与热不稳定性。此外,这样的钙钛矿薄膜中通常含有少量的杂质污染而影响钙钛矿薄膜晶体生长,因此往往表现出较低的器件性能可重复性,器件效率分布较宽。在钙钛矿薄膜中添加少量的无机铯阳离子,可以形成一种晶相更纯更稳定的“三元阳离子(Cs/MA/FA)”型钙钛矿结构。此外,该类复合型薄膜具有很好的热稳定性,因此器件制备过程中的可重复性能可以得到保证。电池器件的结果表明,利用这类“三元阳离子”方法可以制备出最高效率达21.1%(稳定输出),平均效率大于19%的钙钛矿太阳能电池。此外,器件在经过250小时的工作后,还具有18%以上的效率,体现出非常良好的稳定性能。  


详情请查阅原文:

Saliba M, Matsui T, Seo J-Y, Domanski K, Correa-Baena J-P, Nazeeruddin MK, Zakeeruddin SM, Tress W, Abate A, Hagfeldt A, Grätzel M. Cesium-containing Triple Cation Perovskite Solar Cells: Improved Stability, Reproducibility and High Efficiency.Energy and Environmental Science 16 March 2016. DOI: 10.1039/C5EE03874J


另,器件老化测试条件如下:

Aging under maximum power point tracking was carried out on masked devices which were mounted on a temperature controlled plate. The ageing was performed under nitrogen atmosphere and 1-sun equivalent illumination provided by an array of white LEDs. The devices were aged by means of keeping them under maximum load under illumination. The maximum power point was updated every 60 s by measuring the current response to a small perturbation in potential. Additionally, a full JV scan was taken every 15 min (at a scan rate of 100 mV s-1 starting from forward bias) which was used to extract the displayed parameters for the aging data.


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