EPFL和西北大学的研究人员公布了钙钛矿太阳能电池的突破性设计，创造了一种最稳定的PSCs，其功率转换效率超过25%，为未来的商业化铺平了道路。
钙钛矿太阳能电池(PSCs)站在太阳能创新的前沿，因其能量转换效率和成本效益而受到广泛关注。但是，psc的商业化道路仍有一个障碍需要克服:实现高效率和长期稳定性，特别是在具有挑战性的环境条件下。
解决方案在于psc层之间的相互作用，这已被证明是一把双刃剑。这些层可以提高电池的性能，但也会导致电池退化过快，无法在日常生活中正常使用。
现在，EPFL的Michael Gr?tzel实验室和西北大学的Edward Sargent实验室合作，在设计psc方面取得了重大飞跃，其稳定性和功率转换效率超过25%，解决了太阳能领域两个最紧迫的挑战。这项研究发表在《自然能源》杂志上。
研究人员专注于设计倒置的psc，这在之前的操作稳定性方面显示出了希望。他们介绍了一种独特的、“在纹理基底上的共形自组装单层”，它描述了一种特殊的单层分子，它自发地、均匀地覆盖在纹理基底的不规则表面。
这种新设计解决了“分子聚集”的问题，即分子聚集在一起而不是均匀分散。当这种情况发生在太阳能电池的纹理表面时，它会严重影响它们的性能。
为了解决这个问题，研究人员将一种称为3-巯基丙酸(3-MPA)的特殊分子引入到太阳能电池的自组装单层(SAM)中，该单层由咔唑取代的膦酸分子层形成，它选择性地提取钙钛矿薄膜中在照明下产生的正电荷载流子(“空穴”)。
然而，PAC分子的聚集损害了这一作用。添加3-MPA可以增强钙钛矿材料与太阳能电池的纹理衬底之间的接触，从而提高性能和稳定性，使其能够分解分子咔唑簇，并确保分子在自组装单层中更均匀地分布。有了这个补充，太阳能电池表面的分子分布更均匀，避免了那些有问题的团块，提高了PSC的整体稳定性和效率。
新设计增强了光吸收，同时最大限度地减少了层与层之间界面的能量损失，导致实验室测量的功率转换效率达到令人印象深刻的25.3%。在稳定性方面，倒置的psc表现出显著的弹性。即使在65°C和50%相对湿度的严格条件下超过1000小时，该设备仍能保持95%的峰值性能。这种水平的稳定性，加上如此高的效率，在psc领域是前所未有的。
这一突破性设计是将psc推向市场的重要一步;解决它们的效率和稳定性问题，再加上与目前的太阳能电池相比，它们的制造成本更低，可以导致广泛的采用。这种新方法也可以超越太阳能电池，使其他需要高效光管理的光电设备受益，如led和光电探测器。
更多信息:杨远航等人，在85°C下使用固定电荷钝化具有超过2,000 h工作稳定性的倒置钙钛矿太阳能电池，Nature Energy(2023)。DOI: 10.1038/s41560-023-01377-7期刊信息:Nature Energy
由洛桑联邦理工学院提供
引用:新设计解决了钙钛矿太阳能电池的稳定性和效率(2023,10月24日)
作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司
内容仅供参考之用。
