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Sol-UV 日光模拟器用于钙钛矿太阳能电池
发布时间:2020-04-14   点击次数:110次

[应用速递]Sol-UV 日光模拟器用于钙钛矿太阳能电池

背景:有机-无机杂化组成的钙钛矿太阳能电池,从2009 年至今,作为一种新兴的光电半导体材料,具有良好的光电转化特性和低廉的成本,这引起了研究人员的广泛关注。不同于传统的硅材料,有机-无机杂化钙钛矿通常被认为是一种较软的离子晶体,其光电转化效率从3.8%提升到了24%。随着人们深入研究,发现钙钛矿多晶薄膜中容易形成多种多样的点缺陷(如空位、间隙离子、反位取代等),它们往往作为非辐射复合中心,影响钙钛矿太阳能电池的量子效率,降低太阳能器件的光伏性能[1]。
近年来,人们一直在努力探索这些形成这些缺陷的原因。实验发现,缺陷的形成与溶液状态和加工条件息息相关,通过添加合适的添加剂,改变溶液状态,控制薄膜加工条件,可以降低钙钛矿多晶薄膜中缺陷密度,从而提高相应的器件的光电转化效率[2]。
 

实验产品:
选用Newport Sol-UV 日光模拟器太阳光模拟器、PVIV-10A I-V 测试站、IQE-200B 量子效率测试系统等,来测试制备的钙钛矿电池的光电流-电压和光电转化效率等。

下表中涂粉色部分是用到的太阳光模拟器产品主要参数:



SOL-UV 模拟器均采用了正在申请专li的设计,提供符合标准的紫外光,在整个采样区域内光谱照度的非均匀性<5%。使用独特的集成衰减器件,最大可用日光输出常数量在10 - 100% 之间变化。
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部分实验结果:
面对钙钛矿多晶薄膜中容易形成多种多样的点缺陷,周欢萍课题组[3]等人通过引入碱性物种,大幅度提升了相应的钙钛矿光伏器件的开路电压和光电转化效率。


图1 (a) PVSK 和PVSK-FA 器件的电流-电压曲线。(b) 左图:PVSK 和PVSK-FA 薄膜的吸收和PL 光谱;右图:PVSK 和PVSK-FA 器件开路电压统计直方图。(c) PVSK-FA 器件的正反扫。(d) PVSK-FA 器件的稳态电流密度和效率。PVSK 和PVSK-FA 器件的(e) 瞬态光电压衰减曲线和(f) 变光强开路电压曲线。
 

结果:
通过添加合适的碱液,可大幅降低其薄膜中深层缺陷的密度。经美国Newport 认证的20.87%
效率的混卤钙钛矿太阳能电池,同时,开路电压损失也降低至413 mV,为平面钙钛矿太阳
能电池中认证值电压损失最小的器件之一。

 

[1]Yang, W. S. et al. Iodide management in formamidinium-lead-halide-based perovskite layers
for efficient solar cells. Science 356, 1376–1379 (2017).
[2]Meggiolaro, D. et al. Iodine chemistry determines the defect tolerance of lead halide
perovskites. Energy Environ. Sci. 11, 702–713 (2018).
[3]Huanping Zhou. et al. Impacts of alkaline on the defects property and crystallization kinetics in
perovskite solar cells. Nat Commun 10, 1112 (2019).

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