鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其優(yōu)異的光電轉換效率和低成本制備，在過去十年間引發(fā)了廣泛的研究熱潮，并被認為是最有潛力替代傳統(tǒng)硅太陽能電池的下一代光伏技術之一。 近年來，PSCs 的效率不斷提升，并在 NREL 的效率認證數(shù)據(jù)中屢創(chuàng)新高。
嘉興大學李在房教授團隊聯(lián)合杭州電子科技大學嚴文生教授和瑞典林雪平大學高鋒教授，近期取得重大突破，成功開發(fā)了一種新的表面后處理策略，采用乙基硫代乙酸酯（ET）作為配體分子，有效調控了鈣鈦礦薄膜的性質，提高了器件的效率和穩(wěn)定性。 這項研究成果發(fā)表在國際著名期刊《Advanced Functional Materials》上。
鈣鈦礦太陽能電池效率提升的挑戰(zhàn)
鈣鈦礦材料作為夾層式鈣鈦礦太陽能電池 (PSCs) 的核心，其質量對于器件的進一步發(fā)展至關重要。然而，由于鈣鈦礦層中存在不利缺陷以及不可控的結晶過程，鈣鈦礦太陽能電池的效率提升面臨著巨大挑戰(zhàn)。
乙基硫代乙醇酸酯（ET）：多功能表面調控的利器
團隊創(chuàng)新地將乙基硫代乙酸酯（ET）作為配體分子，應用于鈣鈦礦薄膜的表面后處理。ET 的引入，可以有效地實現(xiàn)鈣鈦礦薄膜的多功能調控：
l降低表面能，促進晶粒生長： ET 可以降低鈣鈦礦晶面的表面能，誘導晶粒的二次生長，最終形成結晶性更高、缺陷密度更低的薄膜，提升器件的穩(wěn)定性和效率。
l缺陷鈍化： ET 分子中的羰基和硫醇基團可以與 Pb2+ 離子發(fā)生配位，形成雙齒錨定，有效地鈍化了鈣鈦礦表面的缺陷。
l優(yōu)化鈣鈦礦/ET/C60 界面電荷傳輸： ET 的引入，可以改善鈣鈦礦層與電子傳輸層 (ETL) 之間的能級匹配，從而提高電荷傳輸效率。
l增強光電轉換效率: 作為鈣鈦礦材料中的添加劑，有助于優(yōu)化鈣鈦礦層的結晶質量，從而提高光電轉換效率。
l降低製造成本：可以簡化製造工藝，降低製造成本，使大規(guī)模生產更具經濟性。
創(chuàng)新策略突破性的成果
l基于 FA0.85Cs0.15Pb(I0.95Br0.05)3 和 FA0.9MA0.05Cs0.05Pb(I0.95Br0.05)3 的 PSCs 效率分別提高到 22.42% 和 23.56% (經認證為 23.29%)。
l采用 FA0.85Cs0.15Pb(I0.95Br0.05)3 制備的大面積器件 (1.03 cm2) 實現(xiàn)了 20.01% 的能量轉換效率。
lET 表現(xiàn)出有效的 I2 和 PbI2 管理能力，有效地抑制了器件的加速降解和鉛泄漏。
lET 的多重作用，使器件在 800 小時的環(huán)境穩(wěn)定性測試和 1500 小時的熱穩(wěn)定性測試中表現(xiàn)出顯著的提升，在熱穩(wěn)定性測試中，器件仍保持其初始效率的 80.4%。
參數(shù)圖
Fig S1.展示了近年來報道的 FACs 基反式鈣鈦礦太陽能電池 PSCs 的效率。
Fig S11. 太陽光模擬器用于測試不同條件下制備的 PSCs 的 J-V 特性，并計算其 PCE、VOC 和 FF，展示了不同器件的性能參數(shù)?；?/span> FACs 的 PSCs，器件面積為 (a) 0.0975 cm2、(b) 1.03 cm2 的 J-V 曲線、Voc、Jsc 和 FF 的統(tǒng)計分布。 (c) 基于 FAMACs 的 PSCs，器件面積為 0.0975 cm2 的 J-V 曲線、Voc、Jsc 和 FF 的統(tǒng)計分布。
Fig S13. (a) (b) 太陽光模擬器用于測試器件的 J-V 特性，并觀察其輸出功率; (c) 量子效率測試系統(tǒng)用于測量器件的 EQE，評估其在不同波長光照下的光電轉換能力。
本參數(shù)采用光焱科技QE-R 光伏 / 太陽能電池量子效率測量解決方案及SS-X 系列AM1.5G 標準光譜太陽光模擬器
原文出處: advanced functional materials
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