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[材料资讯] 《Nano Energy》刊登方国家课题组宽带隙钙钛矿光伏电池研究新成果

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发表于 2021-10-13 10:00:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
近期,我院方国家教授课题组,与肖旭东教授课题组和嘉兴学院尹新星博士课题组合作,在宽带隙钙钛矿太阳能电池及钙钛矿/铜铟镓硒四端叠层电池研究领域取得新进展。
       最近几年钙钛矿单结及叠层太阳能电池的效率已经发展到和单晶硅电池相当甚至更好的水平。而高效的钙钛矿叠层太阳能电池需要利用高效的宽带隙钙钛矿太阳能电池作为顶电池,但是宽带隙钙钛矿太阳能电池常常遭受大的VOC损失和相分离。这主要是由于晶界处的离子迁移,如碘空位移动,和钙钛矿表面的界面缺陷,它们主导了宽带隙钙钛矿 太阳能电池的器件性能。因此,高效宽带隙钙钛矿太阳能电池的制备成为了钙钛矿群体的一大挑战。

钙钛矿光伏电池

钙钛矿光伏电池
       这项工作研究了倒置结构1.68 eV宽带隙钙钛矿太阳能电池的界面调控,即采用噻吩乙胺盐酸盐(TEACl)形成2D/3D钙钛矿异质结界面,得到高效稳定的宽带隙钙钛矿太阳能电池。噻吩和氨基官能团能钝化钙钛矿薄膜中带正电和负电的电荷缺陷,同时在Br/I混合钙钛矿中Cl的加入能进一步地稳定宽带隙钙钛矿物相。因此2D钙钛矿界面的形成钝化了钙钛矿薄膜表面与晶界处的缺陷,增加了离子迁移的活化能,最终宽带隙钙钛矿太阳能电池的暗态饱和电流密度减少,VOC损失降低,最终实现了20.31%的冠军效率。更重要的是,TEACl处理的器件在苛刻的条件下(如潮湿的空气环境、加热)相对于对照组器件表现出更好的稳定性。另外,构筑的四端(4-T)钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳能电池取得了24.0%的效率。
       10月8日,该工作以“Interfacial Engineering of A Thiophene-based 2D/3D Perovskite Heterojunction for Efficient and Stable Inverted Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells”为题被国际著名刊物《纳米能源》(Nano Energy)在线发表。论文第一署名单位是武汉大学物理科学与技术学院,陈聪博士(2016级直博)、博士生梁记伟(2019级)和硕士生张俊俊(2020级)为共同第一作者,方国家教授、肖旭东教授和尹新星博士为共同通讯作者。合著者包括武汉大学柯维俊教授、陶晨研究员、宫俊波副研究员、林乾乾教授;中国科技大学丁泽军教授;日本筑波国立材料研究所Bo Da研究员;嘉兴学院李在房教授等。
       该工作得到了国家自然科学基金、湖北省科技计划资金的资助。
       原文链接:https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2211285521008594


         文章来源:武汉大学
        方国家教授,武汉大学物理科学与技术学院电子科学与技术系主任,博士生导师。享受湖北省政府专项津贴,湖北省高校跨世纪学科带头人,湖北省新世纪高层次人才工程。在AFM、JMC、EDL、APL等国际重要刊物发表SCI论文一百余篇。现为国际信息显示器协会(SID)会员、《真空科学与技术学报》编委。《物理学报》等重要学术杂志的特邀审稿人。
        肖旭东,长期从事表面科学及太阳能电池研究。已在Science、Physical Review Letters 等国际主流学术期刊上发表论文150多篇,引用达5400多次,H因子40,并有近60项中国和美国专利。在表面物理领域,首次利用线性光学衍射术研究表面扩散,成功研究了扩散的各向异性,表面覆盖度的关系和杂质效应,解决了表面扩散测量中长期困扰人们的难题;合作发明了扫描极化显微镜,并利用该显微镜首次发现,在室温条件下在云母表面形成的水膜具有“类冰”结构。这一结果深化了人们对“水”的认识,开创并激发了此领域一系列的理论与实验工作;利用原子力显微镜(AFM)进行了摩擦学的研究,特别是对原子尺度的摩擦力进行了定量测量,发现了有机单分子构形的有序度和润滑作用的关系,对于理解摩擦力产生的微观机理和推广其应用都有重要的意义。结合理论计算,对C60 单晶表面在有序-无序相变附近的摩擦力和粘附力进行了定量研究,证明了C60 转动自由度对能量耗散没有影响;利用STM 研究纳米隧道结,首次从实验上证实了量子电容现象,这一结果对于纳米电子器件中纳米隧道结构造有明显的指导意义;发展了基于STM测量单个原子/分子表面扩散的新模式,拓展了STM测量表面扩散的时域及空域分辨范围。在太阳能电池领域,研制了基于国内技术的具有产业化前景的铜铟镓硒薄膜太阳能电池设备, 整体上提升了国产设备的设计及制造能力;制备的铜铟镓硒小片太阳能电池效率达到21.3%,组件效率超过15.6%,相关指标为大中华区最好水平, 进入世界前列;在CIGS和CZTS薄膜精细生长调控,CIGS和CZTS薄膜参杂调控,器件的各个界面调控,缓冲层无镉化, 柔性CIGS电池,及超薄CIGS电池等方面进行了一系列深入研究并取得了重要成果。此外,课题组还利用扫描隧道显微术等技术揭示CIGS及CZTS光吸收层微观能带结构,利用各种表征手段研究了CIGS及CZTS薄膜的内部缺陷,丰富了器件物理的理解, 并为进一步改善和提高器件的效率奠定了基础。课题组的部分CIGS电池成果已实现产业转化。


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