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Angew. Chem. :低温柔性钙钛矿太阳电池界面改性研究2023-10-29
钙钛矿太阳能电池因其出色的光电性能和便捷的制备工艺而备受关注。尽管钙钛矿太阳能电池具有可柔性制备的优势,但在低温环境下,柔性钙钛矿太阳能电池的稳定性和有效性仍需进一步验证。

为了确保柔性钙钛矿太阳能电池在低温下能够稳定有效地工作,首先需要确保电池能够高效地工作。然而,在柔性钙钛矿太阳能电池的制备过程中,界面处常常存在大量缺陷。为了解决这一问题,陕西师范大学的赵奎团队通过界面工程,将少量的四氯化钛(TiCl4)引入SnO2前驱体溶液中,成功降低了SnO2/钙钛矿界面处的化学吸附氧(Ochem)和氧空位(Ovac)含量,有效消除了SnO2/钙钛矿界面的缺陷,并诱导了更高质量的钙钛矿生长。他们成功制备出了光电转化效率高达22.6%的柔性钙钛矿太阳能电池。

在实现高效电池的基础上,研究团队进一步探索了柔性钙钛矿太阳能电池在低温条件下的光电性能,并首次报道了低温下的柔性钙钛矿太阳能电池。这为柔性钙钛矿太阳能电池在极地和近地太空的极端低温条件下的应用提供了参考。基于这项研究,他们成功制备了在低温(218K)下具有23.7%光电转化效率的柔性钙钛矿太阳能电池,并在218K和连续光照(100 mW cm–2)条件下保持了23.4%的SPO稳态功率输出。

 

 

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通过第一原理密度泛函理论(DFT)计算,作者对界面缺陷调控的实验结果进行了佐证。计算结果显示,TiCl4的掺杂可以有效地钝化SnO2/钙钛矿界面处的缺陷。在差分电荷密度计算中,研究团队比较了掺杂之后的SnO2(T-SnO2)/钙钛矿界面和控制的SnO2(C-SnO2)/钙钛矿界面之间的电荷转移情况。结果表明,在T-SnO2/钙钛矿界面中,电荷转移显著增加,电子更倾向于向SnO2层转移。

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经过处理的SnO2层使钙钛矿晶粒变大,钙钛矿薄膜质量提高。T-SnO2/钙钛矿界面具有更高的电荷提取效率,这有助于提高电池光电转化效率。

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这项研究首次报道了柔性钙钛矿太阳能电池在低温条件下(如近地空间和极地地区)的可行性。经过界面改性后,柔性钙钛矿太阳能电池在218K的温度下,实现了高达23.7%的光电转换效率。这意味着柔性光伏技术在近地空间和极地地区具有巨大的应用潜力!

文信息

Interfacial Engineering for Efficient Low-Temperature Flexible Perovskite Solar Cells

Weilun Cai, Tinghuan Yang, Chou Liu, Yajie Wang, Shiqiang Wang, Yachao Du, Nan Wu, Wenliang Huang, Shumei Wang, Zhichao Wang, Xin Chen, Jiangshan Feng, Guangtao Zhao, Zicheng Ding, Xu Pan, Pengchen Zou, Jianxi Yao, Shengzhong (Frank) Liu, Kui Zhao

文章的第一作者为陕西师范大学大学硕士研究生蔡伟伦和博士研究生杨廷欢,赵奎教授担任通讯作者。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202309398