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钙钛矿太阳能电池表面结构评估方法的确立

AIpatent认证专家库成员(欲知详情可联络support@aipatent.com等人组成的研究小组开发了一种迄今为止难以完成的钙钛矿表面终端[1]评估技术。

钙钛矿太阳能电池是一种只需将油墨状的原料溶液涂布到基板上,便可以低成本制得的高性能太阳能电池,因此被认为是新一代太阳能电池的最有力候选。

最近的研究表明,表面结构(表面终端)会影响太阳能电池的性能和耐久性,因此用于控制表面终端的表面处理方法的需求不断增加。该研究成果有望作为钙钛矿太阳能电池表面处理的评估方法而广泛应用于研发中,从而进一步提高发电效率和耐久性。

研究背景与目的

自2009年钙钛矿太阳能电池被发明以来,表示太阳能电池性能的光电转换效率[2]已经达到了25%,与目前最普及的单晶硅太阳能电池大致相同[3]。单晶硅太阳能电池是通过将高纯度的硅长时间置于1000℃以上的高温下,使其缓慢结晶而制得的,而钙钛矿太阳能电池是通过将原料溶解在液体中使其成为油墨状后,涂布在基板上,从而在低温下瞬间制造而得的,由此,可以保持较低的制造成本。钙钛矿太阳能电池易于制造且具有高性能的原因是,太阳能电池用钙钛矿原本就具有高结晶性,因此无需任何特殊处理即可获得高质量的晶体。

另一方面,即使晶体内部的质量很高,在晶体表面也会产生能量损失,且提取发电电流的效率也会被表面状态所影响,因此钙钛矿的表面很大程度上会影响太阳能电池的性能和寿命。

特别地,表示最表面元素组成的表面终端是决定表面性质的最基本要素(图1)。即使在理论计算中,也已经预测,钙钛矿太阳能电池的电流提取效率会根据表面终端的差异而显著变化。

综上所述,适当地评估钙钛矿的表面终端对于新一代太阳电池的研发十分重要。关于研究物质表面结构的实验方法,通常使用扫描隧道显微镜[4],但是,该方法只能在降低单晶体温度等限定条件下进行测量,无法用于研究由实际太阳能电池中使用的溶液制成的钙钛矿的表面终端。因此,针对各种实用型钙钛矿材料,需要开发一种易于确定表面终端的评估方法。

图1:最标准的太阳能电池用钙钛矿——碘铅甲胺(CH3NH3PbI3)的表面终端结构

碘化铅(PbI2)和甲基碘化胺(CH3NH3I)均可作为表面终端。

本研究表明,甲基碘化胺(CH3

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