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在一項專注提升鈣鈦礦太陽能電池（PSC）功率轉換效率（PCE）的新研究中，材料科學家研究了PSC中的無輻射性重組位點，這是導致電壓損失的主要原因之一，電壓損失會使電池效率下降。

實驗的重心是通過將GuaBr（溴化胍）和OABr（正辛基溴化銨）的混合陽離子滲透到鈣鈦礦體中，使鈣鈦礦吸收層和電荷傳輸層（CTL）之間的界面鈍化。

該研究發(fā)表在《先進能源材料》科學雜志上。

科學家們得出的結論是，在短路電流密度、功率轉換效率和穩(wěn)定性方面，混合了OABr和GuaBr的表面處理鈣鈦礦太陽能電池優(yōu)于單一間隔陽離子電池。


研究小組發(fā)現(xiàn)，大型烷基銨陽離子（間隔陽離子）具有更好的疏水性，這會產(chǎn)生高效鈍化作用，同時增強PSC的穩(wěn)定性。

實驗針對的是因重組引起的電壓損失，重組可在PSC中通過鈣鈦礦本體、鈣鈦礦/ETL或HTL接口以及ETL和HTL之間的分流路徑發(fā)生。科學家們利用維度工程力學原理，將大塊有機陽離子納入到PSC中，形成低維柱狀（1D）或層狀（2D）晶體結構。


示意圖：a）器件結構 b）表面摻入GuaBr、OABr及其混合物

科學家們研究了1D和2D或2D和3D鈣鈦礦結構的混合物，這些結構可以提高PSC裝置的穩(wěn)定性和效率。他們發(fā)現(xiàn)，通過沉積3D鈣鈦礦光活性層和1D/3D間隔陽離子的異丙醇或氯仿溶液，可以獲得具有1D/2D覆蓋層的界面鈍化。

團隊觀察了一些近期實驗，科學家們使用單間隔陽離子（OABr）取得的轉換效率為23.38%，但設備穩(wěn)定性較差。研究顯示，將GuaBr陽離子做為鈣鈦礦和HTL之間的表面鈍化層可以提升PSC裝置的穩(wěn)定性。

胍陽離子的體積較小并可提供整體鈍化，使胍離子更容易滲透到鈣鈦礦體中。這一化合物定位在晶界處，在那里它與低配位的碘形成氫鍵，從而抑制電荷重組，最終防止了PSC裝置中的電流損失。

科學家們隨后在四種條件下制造了PSC，包括在HTL/鈣鈦礦界面上的無鈍化對照樣品，在HTL側的各種鈍化層條件，這些鈍化層分別包含了GuaBr和OABr以及兩者的混合物。

GuaBr和OABr成分之間的比例以三種不同的體積比進行了優(yōu)化：1:1,（1G-1O）；1:2，（1G-2O）以及2:1，（2G-1O）。


a) ssPL光譜和b)控制和鈍化鈣鈦礦薄膜的TRPL，以及c)控制、d) G，e) O和f) 1G- 1O-鈍化鈣鈦礦薄膜的PL圖像。

ARC激子科學卓越中心的另一項研究最近在太陽能玻璃中實現(xiàn)了15.5%和4.1%的PCE。其中，由鈣鈦礦材料制成的半導體太陽能電池原型各不相同。這種太陽能玻璃的可見光穿透率分別為20.7%和52.4%，可用于高層建筑的窗戶。

加州大學洛杉磯分校Samueli工程學院的材料科學家和其他五個學院的研究人員最近展示了制造鈣鈦礦太陽能電池時的簡單表面調(diào)整，這是為了克服因長期暴露在陽光下導致的電池衰減。

原標題：研究新進展：間隔陽離子提升鈣鈦礦電池轉換效率