通过3D化学将钙钛矿效率提高到23.9%-化学工程师

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通过3D化学将钙钛矿效率提高到23.9%

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江苏激光联盟导读：

一份来自 EcolePolytechnique Federale de Lausanne的研究表明，通过3D化学技术提高了钙钛矿型太阳能电池板的效率。

EPFL化学工程师领导的一项国际合作克服了钙钛矿制造中的一个问题，该问题降低了钙钛矿作为太阳能电池板的效率。该方法生产的钙钛矿型太阳能电池板的效率为23.9%，运行稳定性超过1000%?小时。

a PDEAI2异构体结构。b J-V特性的冠军装置与o-PDEAI2。c制备的钙钛矿太阳能组件照片。

钙钛矿是由金属卤化物和有机成分制成的杂化化合物，在LED灯、激光器和光电探测器等领域显示出巨大的应用潜力。然而，他们的主要贡献在于太阳能电池，在太阳能电池领域，他们有望超越市场，取代硅电池。

在高效和稳定太阳能电池的主要候选材料中，碘化铅钙钛矿显示出优异的集光能力。然而，它们的效率在很大程度上取决于它们的制造，一个关键因素是去除它们采光表面的缺陷。

a PDEAI2异构体的结构。b由PDEAI2和PbI2的等摩尔比获得的薄膜的XRD图谱。由PDEAI2和PbI2的等摩尔比获得的薄膜的c吸收和PL发射光谱。用不同的有机卤化物盐处理过的钙钛矿薄膜的d温度相关的PL图像。e表面2D钙钛矿的（002）反射强度作为后处理钙钛矿薄膜退火温度的函数。后处理后钙钛矿薄膜的GIWAXS图像。g p-PDEAI2和o-PDEAI2组装钙钛矿表面示意图。

钝化与钙钛矿效率

这通常是通过一种称为“钝化”的方法来实现的，该方法在钙钛矿薄膜的表面涂覆化学物质（卤化烷基铵），使其更具抗性和稳定性。该工艺在主要钙钛矿型光吸收体的顶部添加了二维钙钛矿层，从而提高了器件的稳定性。

优化的二维钙钛矿结构，包括o-PDEAI2, m-PDEAI2和p-PDEAI2。b优化钙钛矿表面吸附2D阳离子的结构。顶部的插图表示在2 × 2钙钛矿表面可以吸附的PDEA阳离子的最大数目。原理图是基于相应结构的优化坐标，并将其转换为多个数字。对于o-PDEAI2结构，两种模式的吸附方式相似。

问题是，钝化实际上会产生反作用，形成所谓的“面内”钙钛矿层，不会“移动”电荷，特别是在高温下。这是扩大和商业化潜在太阳能电池板的一个明显缺点。

三维化学救援

在一项新的研究中，由EPFL基础科学学院的Mohammad Nazeeruddin领导的科学家们发现了一种解决问题的方法，即用于制造钙钛矿的碘化物的不同异构体对其进行处理。在化学中，同分异构体是具有相同分子式但其原子在三维空间中排列不同的化合物。

依赖钝化层的器件性能。a o-PDEAI2钝化PSC的横断面扫描电子显微镜(SEM)图像。b在反向(红色)和正向(橙色)扫描方向(插图显示其稳定的功率输出)测量o-PDEAI2冠军设备的J-V特性。c有o-PDEAI2和没有o-PDEAI2的PCE分布统计。(每种情况20个样本的统计数据)。实线表示PCE统计量的高斯分布拟合。d不同器件的电压依赖性平均PL寿命。e器件综合电荷提取曲线。f侧向样品几何形状中的瞬态光电流衰减。

科学家们研究了碘化物PDEAI2（苯基二乙基铵）的不同异构体形成二维钙钛矿所需的最小能量。这些同分异构体被设计用于研究人员所称的“定制缺陷钝化”，这意味着它们对钙钛矿的钝化作用已经提前得到了很好的表征。

PSCs的模块性能和长期稳定性。制作的钙钛矿太阳能组件的照片。b显示模块互连的示意图。活动面积为26.00的champion钙钛矿太阳能组件的c J–V特性平方厘米。d在黑暗中暴露于40–50%受控相对湿度（RH）下的未封装器件的PCE的演变。e在85℃恒定加热下未封装器件的PCE演变在氮气环境中，温度为摄氏度。钙钛矿薄膜的f XRD图谱随恒定85℃退火时间的变化?1100°C.g最大功率点跟踪（MPPT）连续光照下未封装设备的h（100?兆瓦厘米?2） 25时的照明在氮气环境中，温度为摄氏度。

文章来源：《化学工程师》网址: http://www.hxgcszz.cn/zonghexinwen/2022/0114/863.html