掺杂铷和2D封盖结构保证了钙钛矿太阳能电池的稳定性

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研究人员已经能够在短短几年内将过氧化物太阳能电池技术推向高效率水平。尽管能够长期保持高性能的商业应用似乎指日可待,但围绕稳定性的担忧仍然存在。尽管已经提出了很多不同的方法来解决这些问题,但新的方法肯定是受欢迎的。


由美国国家标准和技术研究所领导的科学家们在他们发表在《材料进展》上的新论文《Unraveling the compositional heterogeneity and carrier dynamics of alkali cation doped 3D/2D perovskites with improved stability》中介绍了这样一种方法。该小组首先将碱金属铷纳入一个三维钙钛矿薄膜,然后在其上生长出一个二维 "Ruddlesden-Popper "钙钛矿材料。

掺杂铷和2D封盖结构保证了钙钛矿太阳能电池的稳定性

NIST研究员克里斯蒂娜·哈克说:“我们对最近两项有希望的发现铷掺杂和2D封顶进行了非常彻底、全面的研究,以便更好地了解这些发现对钙钛矿技术的影响。我们不是第一个研究铷掺杂或2D封盖的人,但我们是第一个真正了解这些发现在光电器件中所起作用的人。”


他们分析这些材料的工作表明,与不采用这两种新方法生产的控制装置相比,它们有几个优点。二维钙钛矿作为一个覆盖层,保护更敏感的钙钛矿电池材料下面的水分。在相对湿度为50%的环境空气中暴露60天后,在没有使用密封剂的条件下,该装置也保持了81%的初始效率。同时,3D钙钛矿的对照样品在同一时期失去了65%的初始转换效率。哈克解释说:"二维封盖阻止了水对晶体结构的降解。但它足够薄,不会导致糟糕的电气性能。"

掺杂铷和2D封盖结构保证了钙钛矿太阳能电池的稳定性

在电池中掺杂铷,以及在2D/3D双层膜中构建器件,可以减少电子穿过层所需的能量,进一步提高器件的性能。哈克说:“我们确实用这种电池堆测试了太阳能电池,得到的峰值效率在20%的范围内。然而,我们的目标不是要达到创纪录的效率,而是要对Rb掺杂和2D/3D异质结构的影响进行详细研究,以更好地了解这些薄膜的结构以及这种结构如何影响PV性能,从而更好地指导未来实现峰值效率的努力。”


虽然19%的性能损失对电池来说可能太高了,无法引起研究界以外的任何兴趣,但值得注意的是这是在没有封装剂的情况下完成的。而且该小组希望其在3D/2D方法方面的工作将在以后的工作中具有价值--包括对多少铷的深入了解。他们总结说:"这项工作为包晶石界提供了一个简单的策略和基本的理解,以合理地设计一个3D/2D双层架构,为实现高性能包晶石光伏和改善操作稳定性提供了重要指导。”



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