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新纪录!中山大学钙钛矿电池填充因子86.6%

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发表时间:2022-03-01 17:46

由中山大学和澳大利亚国立大学的科学家组成的一个国际研究小组,实现了迄今为止报告的任何尺寸钙钛矿电池的最高填充因子 - 86.6%。

该电池在《自然》杂志上发表的“填充因子超过 86% 的厘米级钙钛矿太阳能电池”研究中有所描述。

该钙钛矿太阳能电池采用氮掺杂二氧化钛 (TiOxNy) 电子传输层制造,旨在改善电池钙钛矿吸收体和电极之间的电荷传输,样品大小为 1 平方厘米,其认证的功率转换效率为 22.6%,平均填充因子为 85.3%。而冠军电池则实现了23.3%的功率转换效率、1.193 V的开路电压、22.80 mA cm2的短路电流和86.6%的填充因子。

这是1-cm2 钙钛矿太阳能电池的最高认证效率,也是任何尺寸钙钛矿电池报告的最高填充因子

该装置采用氮掺杂二氧化钛 (TiOxNy) 电子传输层构建,旨在改善电池钙钛矿吸收体和电极之间的电荷传输。TiOxNy电子传输层是通过溅射制备的,成本非常低,是大面积钙钛矿太阳能电池的理想电子传输层,可以用于独立的钙钛矿电池或钙钛矿-硅串联的顶部电池。

TiO x N y 薄膜是通过在氧气氛中通过受控退火温度氧化溅射的氮化钛薄膜来制造的。高分辨率透射电子显微镜 (TEM) 成像显示,沉积后的薄膜并非完全结晶,并且具有无定形对比度以及特征尺寸范围为 10 nm 至 20 nm 的结晶颗粒分布。薄膜在 300 至 550 摄氏度的温度下退火,科学家发现在 450 摄氏度以上退火的薄膜表现出更高的导电性和更高的透光率。

该器件建立在玻璃基板、氟掺杂氧化锡 (FTO) 电极、   TiO x N y层、钙钛矿薄膜和由聚(3-己基噻吩)和铜酞菁组成的混合空穴传输层上。在标准照明条件下运行 200 小时后,未封装的电池也能够保持 98.7% 的初始效率。

在稳定性测试中,科学家测试了不同工艺的钙钛矿电池,所有电池在 1,000 小时后都能保持超过 90% 的初始效率。但科学家们仍认为,尽管光浸泡和湿热稳定性测试都显示出令人鼓舞的结果,但这些不足以保证钙钛矿电池在热、光和湿压力同时作用的实际操作条件下的稳定性。

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