有機-無機鹵化物鈣鈦礦太陽能電池(PSC)的認證效率已經高達22.1%,加上其低成本和易制備等優勢,在PSC領域占據重要地位。
其面臨的核心問題之一在于:電池長期穩定性較差,主要受到水汽、紫外線、熱應力和電應力等干擾!
為了解決PSC的穩定性問題,研究人員開發了諸多策略,主要包括以下幾種:
1)器件包裹
這種方法希望在器件表面包裹一層超疏水聚合物材料,達到阻礙水汽的效果,卻不利于保護器件在戶外操作時免遭光化學和熱應力損傷。
2)金屬氧化物代替或者保護有機組分
這種策略提高了水汽穩定性,卻沒有提高紫外穩定性。
3)陽離子引入
Cs為代表的堿金屬元素引入鈣鈦礦材料,提高抗紫外能力,然而空氣穩定性和熱穩定性還有待考察。
有鑒于此,Science報道了提高鈣鈦礦太陽能電池穩定性的2項最新進展:1)利用氟化光敏聚合物包裹器件;2)在鈣鈦礦晶格中引入銣離子(Rb+)。
Bella等人通過室溫光誘導自由基聚合在PSC器件表面包覆一層氟化光敏聚合物。這層多功能包裹材料賦予PSC器件正面部分自清潔和發光的特性,并確保PSC器件背面具有超疏水特性,不受環境中水汽的干擾。
在可見光條件下,光敏聚合物會重新發射紫外線,使得PSC在標準光照下效率高達19%。更重要的是,在各種大氣環境和光化學應力條件下,長達6個月的系列老化測試表明,PSC的各個功能性都得到完好的保持!
圖1. LDS-PSC集成系統
圖2. LDS-PSC集成系統老化測試
Michael Gr?tzel課題組Saliba等人將穩定的氧化態銣離子(Rb+)引入鈣鈦礦,得到RbCsMAFA材料。在小面積上實現了21.6%的穩定效率,平均效率20.02%(0.5 cm2, 19%),電致發光效率為3.8%。基于這種鈣鈦礦材料,研究人員制備了一種聚合物包裹型PSC器件,在85℃全太陽光下輻照500h,功能性可以得到95%的保持!
圖3. 鈣鈦礦在不同條件下的耐受因子
圖4. 性能測試
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