电池组件

通往无毒且稳定的钙钛矿太阳能电池的道路

2020-05-13 08:47:07 科技报告与资讯

卤化物钙钛矿材料对太阳能具有很高的效率,但这要付出一定的代价:最好的钙钛矿材料含有有毒的铅,对环境构成危害。用无毒元素代替铅是困难的,因为无铅钙钛矿的稳定性较低且效率较差。现在,国际合作已经设计出一种新型的钙钛矿杂化材料,其效率和稳定性令人鼓舞。

其中最好的替代品之一就是锡。用锡代替铅的卤化钙钛矿应该显示出优异的光学性能,但在实际应用中,它们的效率一般,并且性能下降较快。而这种快速 "老化 "是它们的主要缺点。钙钛矿结构中的锡阳离子与环境中的氧反应速度非常快,因此效率下降。

现在,由德国亥姆霍兹研究中心(HZB)的Antonio Abate和中国苏州大学功能纳米与软材料研究所(FUNSOM)的Zhao-Kui Wang领导的国际合作取得了突破性进展,为钙钛矿太阳能电池开辟了一条长期稳定性能的无毒太阳能电池之路。他们用锡代替了铅,但通过在材料中插入有机基团,形成了二维结构,从而形成了所谓的二维Ruddlesden-Popper相。

"我们使用了苯乙基氯化铵(PEACl)作为钙钛矿的添加剂。然后我们进行了热处理,同时PEACl分子迁移到过氧化物层中。第一作者李萌博士说:"这导致了垂直有序的二维过氧化物晶体的堆积,"第一作者Meng Li博士说。Meng Li是Abate小组的博士后,他组织了与中国合作伙伴的紧密合作。在上海同步辐射设施(SSRF),他们能够准确分析出不同退火处理后的钙钛矿薄膜的形态和晶体特性。

这些无铅钙钛矿太阳能电池在白天和黑暗条件下都能达到9.1%的效率和较高的稳定性值。由于热处理的结果,PEACl分子会在晶体过氧化物层之间积累,并形成一层屏障,防止锡阳离子氧化。"这项工作为更高效、更稳定的无铅过氧化物太阳能电池铺平了道路。"Abate说。

论文标题为《Tin halide perovskite films made of highly oriented 2D crystals enable more efficient and stable lead-free perovskite solar cells》。


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