表面活性剂工程提高钙钛矿太阳电池稳定性

来源 :第十届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会论文集 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wonder568
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有机-无机杂化钙钛矿太阳电池(PSCs)已经在薄膜光伏领域掀起了一场革命,在过去十年中,实验室规模的PSCs的能量转换效率(PCE)从3.8%迅速提高到25.8%。单从PCE的角度考虑,PSCs已经达到实际应用的标准。但是,进一步发展商业化仍面临着一个关键性问题:PSCs的长期稳定性差、运行寿命短。表面活性剂通常被认为是一类可以有效提高钙钛矿薄膜质量的添加剂。并且表面活性剂具有两亲性,具有疏水的烷基长链,因此基于表面活性剂的添加剂工程能够增强PSCs的稳定性。鉴于前期成果[1],本文在PSCs中开展了基于表面活性剂的添加剂工程研究,并根据其烷基链的数量和长度筛选不同的表面活性剂,通过实验和理论分析得出了表面活性剂的影响规律和潜在机理。根据理论和表征,从众多表面活性剂中挑选出了最优的表面活性剂DMDO。DMDO能够调控钙钛矿的结晶行为,从而获得高质量的钙钛矿薄膜,并使钙钛矿薄膜具有更低的电荷陷阱密度、更长的载流子寿命。最后,DMDO将活性面积为0.09 cm~2的PSCs的效率提高到23.33%。而且经过DMDO改性的PSCs在各种条件下展现出更出色的稳定性。图1A展示了未封装的PSCs在暗态条件下(室温,相对湿度<10%)的长期稳定性。经过1314h储存后,DMDO改性的PSCs仍然保留初始PCE的77%,而空白器件仅保留41%,这表明DMDO改性的PSCs具有更高的储存稳定性。然而,对于PSCs的实际应用,良好的热稳定性至关重要,因为加热不仅会直接损害PSCs,还会间接加速其他外在因素引发PSCs退化。因此,我们研究了完整PSCs在70℃干空气中的稳定性。根据图1B,空白组在950 h后保留了初始PCE的68%,而相比之下,DMDO改性后的PSCs在1134 h后仍保持其原始效率的~81%。PSCs稳定性的提升受益于DMDO对结晶过程的调控、表面缺陷的钝化以及对钙钛矿表面的保护作用。
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