世界各地的团队都在致力于钙钛矿太阳能电池的开发

2019-10-11 15:38:34

世界各地的团队都在致力于钙钛矿太阳能电池的开发。重点是所谓的金属有机杂化钙钛矿,其晶体结构由无机元素(例如铅和碘)以及有机分子组成。

完全无机的钙钛矿半导体(例如CsPbI3)具有与杂化钙钛矿相同的晶体结构,但包含碱金属(例如铯)而不是有机分子。这使它们比杂化钙钛矿稳定得多,但通常需要在很高的温度(几百摄氏度)下进行额外的生产步骤。因此,迄今为止,无机钙钛矿半导体很难集成到不能承受高温的薄膜太阳能电池中。目前,由Thomas Unold博士领导的团队成功地在中等温度下生产了无机钙钛矿半导体,因此将来它们也可以用于薄膜电池中。

物理学家设计了一个创新的实验,在其中他们合成并分析了单个样品中多种材料的组合。利用碘化铯和碘化铅的共蒸发,他们制得了薄薄的CsPbI3层,系统地改变了这些元素的含量,而衬底温度低于60摄氏度。

“这种组合研究方法使我们能够比传统方法更快地找到新材料系统的最佳生产参数,而传统方法通常需要针对100种不同成分生产100个样品,” Unold解释说。通过合成过程中的仔细分析以及随后对光电性能的测量,他们能够确定薄膜的成分如何影响材料性能。

他们的测量结果表明,该材料的结构以及重要的光电性能对铯与铅的比例敏感。因此,过量的铯促进了具有良好迁移率和电荷载流子寿命的稳定的钙钛矿相。

与HZB年轻研究员Steve Albrecht教授合作,将这些优化的CsPbI3层用于演示钙钛矿型太阳能电池,其初始效率超过12%,稳定性能接近1200%,接近11%。Unold说:“我们已经证明,无机钙钛矿吸收剂如果能够适当地制造,也可能适用于薄膜太阳能电池。我们相信仍有很大的改进空间。”

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