作者:戴松元等 来源:《自然-纳米技术》 发布时间:2022/4/24 17:24:51
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单晶TiO2纳米颗粒实现高效稳定钙钛矿模块

 

近日,华北电力大学戴松元团队/西安交通大学杨冠军团队/洛桑联邦理工大学M. K. Nazeeruddin团队等利用一步溶剂热法合成出菱形单晶TiO2纳米颗粒,并将其用于钙钛矿太阳电池中的介孔电荷传输层,有效降低了器件光电损耗,并提高了小面积电池的效率(24.05%)和填充因子(84.7%)。

2022年4月21日,该研究以“Single-crystalline TiO2 nanoparticles for stable and efficient perovskite modules”为题,发表在Nature Nanotechnology上。论文第一作者为丁勇、丁斌,通讯作者为杨冠军、戴松元、Paul. J. Dyson、Mohammad Khaja Nazeeruddin。

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池经过10余年的快速发展,高达25.7%的认证效率可媲美于商业化晶硅太阳电池。但组件效率与实验室小尺寸电池依然存在较大差距,主要来源于电荷传输层电阻高、电荷传输层/钙钛矿界面以及大面积钙钛矿薄膜内部缺陷多所导致的光电损耗。因此,如何制备高品质电荷传输层和钙钛矿薄膜、降低层内和界面损耗,是当前面临的重大挑战。

华北电力大学戴松元团队/西安交通大学杨冠军团队/洛桑联邦理工大学M. K. Nazeeruddin团队等利用一步溶剂热法合成出菱形单晶TiO2纳米颗粒,并将其用于钙钛矿太阳电池中的介孔电荷传输层,借助TiO2纳米菱的高结晶度、低密度缺陷态、高电导率、高晶格匹配度及其与钙钛矿的高亲和力,有效降低了器件光电损耗,进而提高了小面积电池的效率(24.05%)和填充因子(84.7%)。

鉴于目前实验室广泛采用旋涂与反溶剂技术制备钙钛矿吸光层,但在除溶剂过程中,旋出的反溶剂会造成大面积钙钛矿薄膜出现针孔和/或裂纹缺陷,直接抑制电荷提取并导致陷阱态复合,限制了高品质钙钛矿薄膜的大面积制备。作者团队利用自主发展的真空抽气法制备出高品质钙钛矿薄膜,该方法更适合批量制备大面积钙钛矿薄膜。据此,制备出有效面积24 cm2的大面积组件,认证效率达到22.72%,显著缩小了大组件与小电池的效率差距。

上述研究显示,设计电子传输层菱形单晶结构和发展钙钛矿层抽气制备方法,为提高大面积组件效率、推动钙钛矿光伏产业化发展提供了新的技术路线。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41565-022-01108-1

 
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