武大方國(guó)家組AM：FF超85%！三鹵化物寬禁帶全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池埋底界面重構(gòu)

主要內(nèi)容

由武漢大學(xué)方國(guó)家教授、柯維俊教授以及武漢紡織大學(xué)電子與電氣工程學(xué)院胡緒志教授帶領(lǐng)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，聚焦全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池（TSCs）展開(kāi)深入研究。

這類由寬禁帶（WBG）鈣鈦礦與窄禁帶鈣鈦礦配對(duì)組成的電池，被寄予突破肖克利 - 奎伊瑟（Shockley - Queisser）效率極限的厚望。然而，寬禁帶鈣鈦礦存在的嚴(yán)重相分離和非輻射復(fù)合問(wèn)題，成為制約其光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。

研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)三鹵素寬禁帶鈣鈦礦，創(chuàng)新性地引入界面工程策略。他們采用三氟甲磺酸鉀（TfOK）對(duì)三鹵素寬禁帶鈣鈦礦的埋底界面進(jìn)行重構(gòu)。在添加 TfOK 后，（氯離子）Cl? 的分布發(fā)生顯著變化，從鈣鈦礦體相逐漸向埋底界面聚集，進(jìn)而在埋底層形成了一層禁帶寬度更寬的鈣鈦礦薄層。這一薄層能夠與體相寬禁帶鈣鈦礦形成梯度異質(zhì)結(jié)，有效促進(jìn)載流子的分離與傳輸。與此同時(shí)，TfOK 中的（鉀離子）K? 擴(kuò)散至寬禁帶鈣鈦礦體相內(nèi)部，對(duì)鹵素相分離起到了抑制作用。

通過(guò)三氟甲磺酸鉀（TfOK）修飾埋底界面，團(tuán)隊(duì)成功驗(yàn)證了三鹵素寬禁帶鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（WBGPSCs）和全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池（TSCs）性能的提升。TfOK 在寬禁帶鈣鈦礦中發(fā)揮了多重關(guān)鍵作用：一方面，它能夠鈍化埋底界面處配位不足的鉛（Pb）缺陷；另一方面，鉀離子（K?）擴(kuò)散到鈣鈦礦體相中，進(jìn)一步抑制了相分離現(xiàn)象；此外，由于氯離子（Cl?）的重新分布，在埋底界面處形成了寬禁帶薄層（WBTL）。該 WBTL 與鈣鈦礦體相形成異質(zhì)結(jié)，并產(chǎn)生從鈣鈦礦體相指向 WBTL 的內(nèi)建電勢(shì)場(chǎng)，為載流子的分離與傳輸提供了有力支持。

TfOK 修飾對(duì)寬禁帶鈣鈦礦產(chǎn)生了顯著影響，不僅有效改善了載流子傳輸，還抑制了鹵素相分離，并減少了非輻射復(fù)合。得益于 TfOK 的優(yōu)異特性，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的寬禁帶鈣鈦礦器件在效率和光穩(wěn)定性方面均實(shí)現(xiàn)了顯著提升。*終，禁帶寬度為 1.78 eV 的寬禁帶鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）取得了 20.47% 的出色光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），填充因子超過(guò) 85%，性能表現(xiàn)十分亮眼。此外，由此制備的兩端全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池更是取得了 28.30% 的優(yōu)秀效率。值得一提的是，該寬禁帶鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在**功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）測(cè)試中，經(jīng)過(guò) 500 小時(shí)后仍能保持其初始效率的 97%。

總體而言，本研究通過(guò)重構(gòu)埋底界面來(lái)抑制寬禁帶鈣鈦礦中的相分離，為開(kāi)發(fā)性能**且穩(wěn)定的寬禁帶鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和基于鈣鈦礦的疊層太陽(yáng)能電池提供了一種全新的方法。

- 產(chǎn)品咨詢及購(gòu)買請(qǐng)聯(lián)系我們 -