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暨南大學麥耀華教授團隊2D/3D異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)助力柔性鈣鈦礦光伏器件效率突破20%
日期:2021-10-11   [復制鏈接]
責任編輯:simaran_sxj 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
柔性鈣鈦礦太陽電池(f-PSCs)因其在消費級電子產(chǎn)品領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展前景,受到了國內(nèi)外研究者們的廣泛關(guān)注。制備高性能的f-PSCs的關(guān)鍵是要在更粗糙以及不平整的柔性襯底表面上,沉積無針孔、致密和少缺陷的高質(zhì)量的鈣鈦礦結(jié)晶薄膜。


近日,暨南大學麥耀華教授團隊圍繞上述關(guān)鍵問題,首先,采用真空輔助結(jié)晶的刮涂加工工藝來制備FA基鈣鈦礦光伏器件,并使用DMF:NMP混合溶劑來延緩鈣鈦礦的結(jié)晶速率,從而獲得均勻致密的鈣鈦礦薄膜。之后,他們將一種胍的衍生物,4-胍基丁酸(GBA)作為添加劑加入到FA基鈣鈦礦的前驅(qū)體溶液中,利用GBA與PbI2間反應(yīng)能生成2D鈣鈦礦的特點,制備了2D/3D異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦結(jié)晶薄膜。


圖1f-PSCs的器件結(jié)構(gòu)及器件性能(左)和2D/3D鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖(右)

進一步的研究顯示,薄膜中2D鈣鈦礦相是采用face-on的取向,垂直插入在3D鈣鈦礦的晶界處,很好的鈍化了原3D鈣鈦礦薄膜中的深能級缺陷,顯著的降低了鈣鈦礦薄膜中的非輻射復合,極大提升了器件的開路電壓(VOC)。最終,基于2D/3D結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦薄膜制備的剛性PSCs獲得了21.45%的效率,同時,f-PSCs的效率也達到20.16%。并且,相較于Reference器件,基于2D/3D結(jié)構(gòu)的f-PSCs也同樣展現(xiàn)出了更加優(yōu)異的抗彎曲性能。


圖2(a)小面積柔性器件的J-V曲線和(b)相應(yīng)的EQE曲線;(c)1 cm2的f-PSCs的器件性能;(d)柔性器件抗彎曲性能測試(彎曲半徑3 mm);(e)柔性PSC模組照片和(f)相應(yīng)的J-V曲線。

為了體現(xiàn)刮涂的加工方式在制備大面積器件時的優(yōu)勢,他們分別制備了5 cm ×5 cm的由7個子電池串聯(lián)而成的剛性和柔性PSCs模組,分別獲得了16.03%和14.48%的光電轉(zhuǎn)化效率。

相關(guān)成果以“An Embedding 2D/3D Heterostructure Enables High-Performance FA-alloyed Flexible Perovskite Solar Cells with Efficiency over 20%”為題發(fā)表在國際權(quán)威刊物雜志《Advanced Science》上(IF=16.806),王禎博士后為文章的第一作者,郭飛研究員和麥耀華教授為文章的共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金,廣東省自然科學基金以及中央高?;究蒲袑m椯Y金項目的支持。 

原標題:暨南大學麥耀華教授團隊2D/3D異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)助力柔性鈣鈦礦光伏器件效率突破20%
 
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