研究人员详细研究了钙钛矿太阳能电池的界面

2019-10-11 15:53:49

由ICIQ的Palomares小组领导的合作加深了人们对钙钛矿型太阳能电池中的材料改变对其性能的影响的理解。该结果发表在同行评审的《能源与环境科学》杂志上,将有助于合理化电池组件的设计,从而增加其商业吸引力。

基于钙钛矿的太阳能电池是迄今为止发展最快的太阳能技术。自2009年首次使用以来,钙钛矿太阳能电池以较低的生产成本实现了高效率(标准太阳辐射下超过22%)。尽管大多数钙钛矿成分都经过优化,但仍有改进的空间。特别是参考所使用的​​空穴传输材料(HTM)。

来自ICIQ的Palomares和Vidal小组,巴塞罗那材料研究所(ICMAB-CSIC)和IMDEA Nanocienca的表面与界面物理化学小组的研究人员之间的合作揭示了钙钛矿太阳能电池中观察到的差异背后的原因通过比较四个具有接近化学和物理特性的不同HTM来比较细胞的性能。

小小的改变可能会很强大

在工作条件下,基于钙钛矿的太阳能电池正接近稳定性,而这种稳定性是值得信赖的潜在商业产品。最主要的问题是所使用的材料,尤其是螺旋-OMeTAD-使用最广泛的HTM,它易于降解。因此,当前的研究集中在寻找替代方案。“多年来,科学家们一直在设计可以替代spiro-OMeTAD的新分子。寻找具有与spiro-OMeTAD相似的电学和光学特性的分子,并希望获得相似的结果。但是当测试新的HTM时,细胞没有获得相似的结果工作非常糟糕。因此,我们决定了解为什么会发生这种情况。” Palomares小组的博士后研究员,论文的第一作者之一NúriaF. Montcada解释说。

研究人员认识到,根据其在溶液中的特性,选择了具有取代螺旋-OMeTAD作为HTM潜力的新分子。然而,在功能性太阳能电池中,这些分子以薄膜的形式制备,其表面又与其他材料接触形成界面。所创建的界面可以赋予分子性质变化。

通过与ICMAB科学家的合作,对钙钛矿太阳能电池上每个HTM层的表面功函数进行了测量,结果发现“ Spiro-OMeTAD能级相对于该电池的其他组件完全对齐,而高能景观对新型HTM分子的多层结构。在太阳能电池堆中形成的表面和界面在功能设备的性能中起着至关重要的作用。” ICMAB研究员Carmen Ocal说。“我们必须意识到钙钛矿-HTM界面可能会改变能级并产生不良的能量失配。我们已经证明,对分子的研究需要与分子的使用条件相匹配-否则,分子设计只是反复试验。” Montcada总结道。

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