Perovskite太阳能电池的表面工程

30-09-2020 |  |  By 利亚姆克里奇

可以量身定制不同类型的太阳能电池并优化以更有效。这通常是由于表面工程方法最大化太阳能电池的有源区域的性能。除了研究和制造的所有不同(无机)太阳能电池中,Perovskite太阳能电池显示出一些最高效率和大规模光伏采用的一些最大潜力。然而,到目前为止,目前几个不同的问题目前持有他们的大规模商业成功。

Perovskite材料是一种具有A2 + B4 + X32的化学结构的无机材料 - 其中A和B是正电荷的阳离子,X是带负电的阴离子。在存在的许多不同的Perovskites中,卤化铅钙钛矿太阳能电池显示了纯无机太阳能电池类别中的一些最高效率(效率最高的类别)。由于溶液可加工,它们通常具有低成本。

近年来,研究的焦点已经转变,现在有很多努力将以杂交钙钛矿材料创造太阳能电池 - 这是无机和部分有机的。然而,这些设备也有它们的问题,因此还有其他研究努力创造出全无机铅的钙钛矿材料(使用其他金属),这些材料比普通的纯铅基钙钛矿材料更好地发挥更好的普遍试验太阳能细胞。

全无机铅基钙钛矿太阳能电池

虽然杂交钙钛矿细胞可以在一系列组合中由许多不同的材料组成,但是许多铅杂交钙钛矿材料在热量下降解,因为所用的阳离子是挥发性的。这使得许多对太阳能电池应用不可用的人,以及多年来的解决方案之一是用铯离子替代杂交铅钙钛矿材料中的挥发性有机阳离子以产生全无机钙钛矿材料。 

通过更换具有更稳定的无机阳离子的挥发性有机阳离子,所得钙钛矿材料在高温下更稳定,并且通常具有可调谐的带隙。这些全无机佩罗夫斯库茨可以利用结构内的几个阴离子,但到目前为止,CSPBI2BR已经显示出一些更高的功率转换效率。然而,这些设备仍然远非完美,如果要实现他们的真实潜力,仍有一些问题需要熨烫。

目前铯铅钙钛矿太阳能电池的问题

铯铅钙钛矿太阳能电池的主要问题之一是,即使它们在高温下比有机无机结构更稳定,它们也具有它们的不稳定性 - 这往往是光和水分的不稳定性。这些不稳定性已经针对钙钛矿的无机晶格结构内的内部缺陷,通常来自晶界或内表面已富含未加工或移动离子的地方。

许多铯引线钙钛矿材料的表面内的缺陷还诱导陷阱状态,其导致称为非地电荷重组的过程 - 当释放声子而不是在半导体上重组时释放声子而不是光子。交界处。这些过程是不利的,可以导致装置效率降低。

工程铯铅钙钛矿太阳能电池表面

解决表面缺陷问题的主要方法之一是改变表面层本身或涂覆它,使其性能变化。这是一种称为表面钝化的过程,并且已经用于改善许多其他太阳能电池的性能,以及许多其他材料和与太阳能电池无关的装置的性能。这些方法作为一种工程和定制材料表面的方式,使它们变得更好,更稳定,或具有更少的缺陷。

已经使用了几种不同的分子,用于将光活性钙钛矿材料的表面钝化以减少缺陷,更好地对准材料的内在能量水平,提高器件的稳定性,并最小化光活性结的离子迁移。许多表面钝化/工程方法成功的关键方式之一是通过形成具有钝化剂的强化学键 - 因为它使得通过环境刺激更难以除去,例如水分或温度。因此,很多研究正在研究这些设备,以了解它们如何能够在化学上而不是物理地工程。

来自中国和澳大利亚的研究团队最近将表面工程方法用于CSPBI2BR Perovskites,试图否定材料内固有缺陷的影响。 该团队使用化学结合分子 被称为偏心的二乙基硫代氨基甲磺酸(DDTC),其牢固地粘合并锚定,表面铅阳离子,此后将化学过程结束,并且当器件有效时。该钝化过程消除了钙钛矿内任何未加工的铅离子和碘/溴缺陷的负面影响,并改善了该方法中钙钛矿的性质。


以这种方式工程佩罗夫斯基斯的表面导致了在许多关键区域的设备性能的总体上。这包括高功率转换效率为17.02%,并且对光线照射和湿度释放的稳定性非常高,其中许多这些钙钛矿太阳能电池以及维持长期运行期效率的能力。 

高稳定性和性能特性归因于DDTC对钙钛矿表面的强且稳定的粘合。有几种其他有机分子被发现与铅离子合作,但DDTC最佳工作。这意味着许多潜在的解决方案越来越远,可以在商业上进行试验,并且可以是其他稳定剂可用于其他有源太阳能电池材料。

结论

虽然最近使用的表面工程方法用于优化铅的钙钛矿太阳能电池的性能,但是该过程不限于这些特定装置和材料。表面工程提供了一种方法来优化许多材料和太阳能电池以及其他技术。作为表面工程技术的推进,我们可能会发现正在实施的类似过程,以改善各种技术。


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由利亚姆克里奇蒂

利亚姆是一位专门从事化学和纳米技术的科学作家,并报告了与这些学科交叉的广泛区域。作为一名作家,利亚姆与世界各地的公司,媒体网站和协会合作,并发表了超过600篇文章迄今为止。利亚姆也是国家石墨烯协会和纳米技术世界协会咨询委员会的成员,是慈善魅力董事会的成员。在成为作家之前,利亚姆通过纳米技术和化学工程获得了两种硕士学位。

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