近(jin)日(ri)，中國華僑大學的(de)科學家們設計了一種鈣鈦(tai)礦太陽能電池，它利(li)用空穴選擇性(xing)夾層抑制(zhi)離子擴散來提(ti)高(gao)器件(jian)的(de)穩定性(xing)。

離子(zi)(zi)遷移被認(ren)為是鈣鈦礦(kuang)太陽能電池不穩定的(de)關鍵原因。當鈣鈦礦(kuang)薄膜中(zhong)的(de)軟晶(jing)格(ge)和相對較(jiao)弱的(de)鍵導致缺(que)(que)陷的(de)形成能較(jiao)低(di)時，就(jiu)會(hui)發生這種(zhong)情況，因此熱和光很容(rong)易激活鈣鈦礦(kuang)晶(jing)格(ge)內(nei)的(de)離子(zi)(zi)缺(que)(que)陷。離子(zi)(zi)的(de)積累使局部晶(jing)體(ti)結構(gou)變形并(bing)降(jiang)解鈣鈦礦(kuang)膜，包(bao)括(kuo)電子(zi)(zi)傳輸(shu)層 (ETL) 和空穴傳輸(shu)層 (HTL) 以及電極(ji)。

研(yan)究人員解釋說：“在鈣鈦礦(kuang)太陽(yang)能(neng)電(dian)池中加入空穴選擇性(xing)夾層(ceng)(ceng)的(de)想法受到(dao)質(zhi)(zhi)子交換膜 (PEM) 燃料電(dian)池的(de)啟發(fa)，其中 PEM 充當質(zhi)(zhi)子導(dao)體(ti)，同(tong)時(shi)阻止(zhi)其他(ta)化學物質(zhi)(zhi)的(de)擴散(san)。“設計阻止(zhi)層(ceng)(ceng)間離子擴散(san)的(de)內部屏障對于提高鈣鈦礦(kuang)太陽(yang)能(neng)電(dian)池的(de)使用壽命至關重要(yao)。”

研究小(xiao)組使用一種稱(cheng)為 PDTBT2T-FTBDT (D18) 的(de)超薄聚合物材料(liao)構(gou)建(jian)了(le)空穴選(xuan)擇性(xing)中間(jian)層，據報道，由(you)于其稀釋溶液的(de)高(gao)流動性(xing)，該材料(liao)可在鈣鈦礦薄膜表面提供保形覆蓋(gai)。它(ta)還(huan)具有與鈣鈦礦吸收器和(he) Spiro-OmetaD HTL 相(xiang)匹(pi)配的(de)能(neng)級(ji)對齊(qi)功能(neng)。

學(xue)者們(men)通(tong)過在鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)膜頂部旋涂(tu) D18 的(de)熱(re)氯苯 (CB) 溶液來沉積夾層(ceng)(ceng)，據報(bao)道，這導(dao)致(zhi)了致(zhi)密膜的(de)形成。他們(men)用玻璃和(he)摻氟(fu)錫氧化物 (FTO) 制成的(de)襯底(di)、基于氧化錫 (SnO2) 的(de) ETL、鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)吸收(shou)劑(ji)、D18 中(zhong)間層(ceng)(ceng)、Spiro-OmetaD HTL 和(he)金 (Au) 金屬(shu)觸點構建(jian)了太陽(yang)能電池(chi)。

該(gai)小組評估了夾(jia)層駐留離子擴散的(de)有效性，發(fa)現與(yu)最常用的(de)聚合物(wu) P3HT 和 PTAA 相比，它(ta)提供了卓越的(de)性能。“結(jie)果表(biao)明(ming)，D18 層在熱應力(li)(li)下(xia)具有強大的(de)離子阻擋能力(li)(li)，”它(ta)進一步(bu)解釋說。“D18 與(yu)鈣(gai)鈦(tai)礦晶(jing)粒和晶(jing)界緊密接觸，提供保形覆蓋。”

建議(yi)的 0.12 厘米2在(zai)標(biao)準照明條件下(xia)對太(tai)陽(yang)能(neng)電池進行了測試，發現其功率(lv)(lv)轉換效率(lv)(lv)為(wei) 26.39%，開路電壓為(wei) 1.185 V，短路電流(liu)為(wei) 26.54 mA cm-2，填充因子為(wei) 83.92%。相(xiang)比(bi)之下(xia)，沒(mei)有 D18 層的參考電池的效率(lv)(lv)為(wei) 24.43%，開路電壓為(wei) 1.152 V，短路電流(liu)為(wei) 26.39 mA cm?2，填充因子為(wei) 80.37%。

“我們已經證明，聚合物 D18 夾層的(de)引入可以有效地阻止鈣鈦(tai)礦太陽(yang)能電池內的(de)層間離(li)子擴散(san)，同(tong)時保持高(gao)效的(de)空穴傳(chuan)輸，從而顯著提高(gao) n-i-p 電池的(de)穩定(ding)性，認證效率超(chao)過(guo) 26%，”研究人員說(shuo)，并指出該電池還能夠在 1,100 小時后保持 95.4% 的(de)初始效率。

他(ta)們還聲稱該設備(bei)是(shi)目前“最穩定(ding)”的鈣鈦礦太陽能電池，具有很高的效率水平。

新電池概念(nian)在(zai)最近發表(biao)在(zai)《自然(ran)通訊》上的研(yan)究“Ultrathin polymer membrane for improved hole extraction and ion blocking in perovskite solar cells”中提出。