图1.(A)基于不同组分(添加MACl、添加I2及无添加的FAPbI3)的器件效率统计图;(B)实验室获得各组分器件最高光电转换效率J-V曲线;(C)器件的外量子效率及积分光电流;(D)基于PTAA传输层的器件运行稳定性(90°C,100 mW cm-2);(E)器件的各光伏参数衰减率曲线。(F)基于PTAA/PDCBT传输层的器件运行稳定性(85°C,100 mW cm-2)
在国家自然科学基金项目(批准号:52125206,52433013)等资助下,北京大学周欢萍教授与合作者在钙钛矿太阳能电池稳定组分方面取得进展。相关研究成果以“碘嵌入制备非合金化α-FAPbI3钙钛矿太阳能电池(Nonalloyed α-phase formamidinium lead triiodide solar cells through iodine intercalation)”为题,于2025年1月17日在线发表于《科学》(Science),论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads8968。
金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其高光电转换效率(PCE)和低制造成本,成为了最具潜力的新一代光伏材料。其中,甲脒铅碘钙钛矿(α-FAPbI3)具有合适的带隙与出色的热稳定性,是高效单结太阳能电池最具竞争力的组分之一。但是,由于尺寸容忍因子失配,α-FAPbI3表现出复杂的结晶动力学和亚稳态热力学特性,这使得其在实际应用中面临结晶质量和稳定性方面的巨大挑战。尽管通过组分合金化策略(如添加甲铵盐酸盐、Cs+等)可以有效调控甲脒基钙钛矿的结晶过程,改善薄膜光电性能,但是残留的组分添加剂通常伴随着相分离、热分解及潜在的亲核化学反应等负面影响。制备高质量非合金化α-FAPbI3薄膜及其器件仍面临挑战。
周欢萍教授团队提出一种创新的碘嵌入-脱嵌策略,成功制备了高质量的非合金化α-FAPbI3钙钛矿薄膜。该策略利用同源可挥发性添加剂碘单质(I2)与钙钛矿体系中的碘离子键合形成多碘离子,进而嵌入形成钙钛矿-碘复合物中间体,这些中间体显著降低了α-FAPbI3的形成能,实现了高质量α-FAPbI3薄膜的沉积。最重要的是,在退火过程中,碘能够从钙钛矿薄膜中完全脱嵌,无任何添加剂残留,最终得到兼具高纯度与高晶体质量的薄膜。通过该方法制备的非合金化α-FAPbI3太阳能电池的光电转化效率超过24%,同时,电池在85℃、持续1 Sun照射下在最大功率点跟踪1100小时后保留初始效率的99%,显示出优异的长期稳定性。
本研究通过碘化学策略调控钙钛矿的结晶路径,获得了高质量非合金化α-FAPbI3材料,为钙钛矿光伏技术提供了兼具本征稳定和优异光电性能的组分方案,并可以拓展到其他软离子晶格的光电材料的制备。
图1.(A)基于不同组分(添加MACl、添加I2及无添加的FAPbI3)的器件效率统计图;(B)实验室获得各组分器件最高光电转换效率J-V曲线;(C)器件的外量子效率及积分光电流;(D)基于PTAA传......
图1.(A)基于不同组分(添加MACl、添加I2及无添加的FAPbI3)的器件效率统计图;(B)实验室获得各组分器件最高光电转换效率J-V曲线;(C)器件的外量子效率及积分光电流;(D)基于PTAA传......
近日,《中国科学报》从武汉纺织大学技术研究院、先进纺纱织造及清洁生产国家地方联合工程实验室获悉,该实验室易长海教授团队梁子辉博士在合成高取向钙钛矿材料研究领域取得突破性进展。该研究报道了一种直接的全固......
1月10日,西安电子科技大学集成电路学部苏杰副教授为共同第一作者、常晶晶教授为共同作者和合作作者及单位于《科学》(Science)在线发表关于实现钙钛矿太阳能电池商业化取得重要突破的研究成果。目前钙钛......
增强宽带隙钙钛矿中的光伏择优取向以实现高效的全钙钛矿叠层太阳能电池第一作者:吴章豪,赵玥通讯作者:王长擂*,马天舒*,赵德威*,李孝峰*单位:苏州大学,四川大学研究背景全钙钛矿叠层太阳能电池(TSCs......
钙钛矿光伏电池稳定性重大突破,Nature刚刚刊发学校科研团队成果,华南理工大学为第一完成单位。华南理工大学严克友教授团队针对钙钛矿电池光热稳定性差的行业难题,利用绿色配体演变策略,调控全无机窄带隙钙......
近日,西安电子科技大学前沿交叉研究院柔性电子研究中心常晶晶教授团队提出了一种在卤化物钙钛矿晶格中直接引入具有强电负性的氟离子,以抑制钙钛矿离子迁移,并稳定晶相的策略。该方法显著提升了钙钛矿光伏器件性能......
北京时间9月30日晚,国际顶尖学术期刊《自然》在线发表南开大学化学学院袁明鉴教授课题组与加拿大多伦多大学爱德华·萨金特教授课题组的联合研究进展。研究团队针对钙钛矿太阳能电池在高温工况条件下稳定性不足这......
钙钛矿薄膜制备过程中残余应力与缺陷导致紫外线易降解钙钛矿材料,降低钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性,限制了钙钛矿光伏的产业应用。中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室宋延林课题组利用具有紫外异构功能的......
近日,中国科学技术大学教授杨上峰团队在钙钛矿太阳能电池领域取得重要进展,传统(n-i-p)结构的单结钙钛矿太阳能电池实现了26.1%的光电转换效率,第三方机构认证效率为25.8%,为目前n-i-p结构......