新能源技术研究院麦耀华团队:构筑2D/3D层状异质结同步提升大面积钙钛矿光伏性能和稳定性

发布单位:人员机构 [2020-03-19 00:00:00] 打印此信息

近日,新能源技术研究院麦耀华团队在构筑2D/3D层状异质结钙钛矿太阳能电池领域取得重要进展,研究成果以“Spontaneously Self-Assembly of a 2D/3D Heterostructure Enhances the Efficiency and Stability in Printed Perovskite Solar Cells”为题发表在领域顶级期刊Advanced Energy Materials(IF=24.884)上。新能源技术研究院博士后胡金龙和郑州大学联合培养硕士研究生王川为共同第一作者,麦耀华教授和郭飞研究员为文章通讯作者。

与前期文献广泛报道的两步法制备工艺不同,作者首次实现基于自组装一步刮涂法制备2D/3D异质结MAPbI3钙钛矿。这主要得益于大尺寸分子S-苄基-L-半胱氨酸(SBLC)的两亲性结构以及其独特的溶解性行为。

研究表明,通过一步刮涂结合真空淬灭结晶策略,一薄层2D钙钛矿完美地自组装覆盖在3D钙钛矿表面。表面2D层钙钛矿有效的钝化3D钙钛矿的表面缺陷,抑制了非辐射符合,大幅提升了电池的开路电压。小尺寸(0.09 cm2)2D/3D钙钛矿太阳能电池开路电压相比于3D钙钛矿器件提高了100mV,高达1.2 V。

此外,基于刮涂法制备的2D/3D串联模组(活性面积10.08 cm2)效率达到了15.38%,子电池平均开路电压高达1.17 V。同时,2D/3D钙钛矿器件表现出更好的光、热以及湿度稳定性。

有机-无机卤化物钙钛矿因其具有带隙可调,吸光系数高,优异的载流子传输性能以及可溶液加工等优点,是一种极具应用前景的光伏材料。经历短短十年的发展,钙钛矿太阳能电池的能量转化效率已由最初的3.8%提升至当前的25.2%。然而,在钙钛矿太阳能电池效率稳步提升的同时,钙钛矿对光、热和水氧的稳定性问题已经成为其产业化进程的瓶颈。构筑2D/3D异质结钙钛矿被证明是一种提高器件环境稳定性的有效策略。此外,开发涂布印刷和大面积结晶工艺实现大面积钙钛矿薄膜和组件的制备也是其产业化道路上亟需解决的一个挑战。

该工作得到国家自然科学基金和广东省自然科学基金的支持。同时,得到了德国埃尔朗根-纽伦堡大学Christoph J. Brabec 教授团队,洛桑联邦理工学院(EPFL) Mohammad Khaja Nazeeruddin教授以及郑州大学刘宪虎教授的大力支持。

文章链接:https://doi.org/10.1002/aenm.202000173

(信息科学技术学院新能源技术研究院)

责编:李伟苗


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