光学和光子学

金属锡“减少”钙钛矿太阳能电池的局限性

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-11-27 17:44

杂化有机-无机钙钛矿因其出色的光电性能和较低的制造成本而引起了太阳能电池界的广泛关注。同时,为了努力生产具有更高效率的钙钛矿太阳能电池(PSC),在开发整体式串联太阳能电池方面已经采取了相当大的步骤。这些结合了宽带隙(通常为Pb基)钙钛矿层和窄带隙(例如,Pb-Sn基)钙钛矿层,以便吸收尽可

  杂化有机-无机钙钛矿因其出色的光电性能和较低的制造成本而引起了太阳能电池界的广泛关注。同时,为了努力生产具有更高效率的钙钛矿太阳能电池(PSC),在开发整体式串联太阳能电池方面已经采取了相当大的步骤。这些结合了宽带隙(通常为Pb基)钙钛矿层和窄带隙(例如,Pb-Sn基)钙钛矿层,以便吸收尽可能多的太阳光谱。

金属锡“减少”钙钛矿太阳能电池的局限性

  但是,窄带隙层中的关键物种Sn 2+易于氧化为Sn 4+。这是不希望的,因为这导致较短的电荷载流子寿命,因此钙钛矿膜中的扩散长度较短,这导致太阳能电池的效率较低。

  金属锡救助

  南京大学海伦·谭(Hairen Tan)领导的一组研究人员证明,金属锡可以通过将前体溶液中的Sn 4+还原为Sn 2+来解决这一局限性。歧化反应的一个很好的例子(其中两个反应物,每个都包含相同的元素,但具有不同的氧化数,会生成单个产物)。金属Sn不仅容易还原Sn 4+,而且还不溶于前体溶液,直到还原为止,此时它本身被氧化成Sn 2+并成为钙钛矿晶格的一部分。作者将其描述为“锡还原前体(TRP)解决方案策略”。

  表征减锡前体膜

  然后,Tan和他的同事使用光泵太赫兹-探针光谱对薄膜进行了表征。时间分辨技术,能够测量光导电导率和电荷载流子迁移率。这表明与对照(非TRP)膜相比,TRP膜具有提高的载流子迁移率和大大改善的载流子寿命。这些结果表明与Sn 4+有关的缺陷的密度已经降低。

  随后,研究人员制造了一系列窄带隙PSC,并通过改变其TRP层的厚度来优化其性能。由于较长的扩散长度,由于TRP层增加了光吸收而不会损害载流子收集,因此可以使TRP层比对照层厚。

  当研究人员将TRP层并入全钙钛矿串联电池中时-与宽带隙基于Pb的钙钛矿层一起-达到了24.8%的最佳效率。这种低成本,轻便的太阳能电池给人留下了深刻的印象。该结果进一步推动了实现钙钛矿太阳能电池商业化的动力。

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