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近日，華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院侯宇教授、楊雙教授等在新型太陽能電池領(lǐng)域研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“鈣鈦礦太陽電池埋底界面的機(jī)械增強(qiáng)策略”為題，發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》。
鈣鈦礦太陽能電池是未來極具前景的光伏技術(shù)之一，其單結(jié)器件的認(rèn)證效率已超過26%，達(dá)到了晶硅電池的同等水平。該類器件的制備采用成本低廉的溶液涂布方法，具有產(chǎn)量高、設(shè)備投資少的特點(diǎn)，但穩(wěn)定性問題是該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化所面臨的關(guān)鍵瓶頸。在生產(chǎn)過程中，溶劑分子的脫除往往會(huì)在鈣鈦礦-襯底埋藏界面上留下大量納米尺度空隙缺陷，致使下列面連接薄弱并容易發(fā)生層離。在工作條件下，這些納米孔洞結(jié)構(gòu)對光、熱環(huán)境極為敏感，進(jìn)而誘發(fā)太陽能電池的結(jié)構(gòu)分解。
針對上述關(guān)鍵問題，研究團(tuán)隊(duì)提出了鈣鈦礦太陽能電池埋底界面的“機(jī)械增強(qiáng)”策略(圖1)，將具有多電子供體的胍基大分子引入電池埋底界面，其官能團(tuán)能夠與兩側(cè)的鈣鈦礦和氧化銦錫襯底產(chǎn)生強(qiáng)化學(xué)偶聯(lián)作用，從而抑制下界面孔洞缺陷結(jié)構(gòu)的形成。通過聚六亞甲基胍鹽酸鹽改性后，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率顯著提高，其中三陽離子鈣鈦礦電池器件的最高效率可達(dá)到23.3%，甲脒鉛碘鈣鈦礦電池器件效率達(dá)到25%。此外，通過機(jī)械拉伸試驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)下界面的機(jī)械斷裂強(qiáng)度達(dá)到未改性薄膜的兩倍，這種界面機(jī)械增強(qiáng)作用顯著延緩了埋藏界面在光熱應(yīng)力下的形態(tài)演變，在標(biāo)準(zhǔn)光照和55 °C的嚴(yán)苛工作條件下，太陽能電池器件持續(xù)工作1630小時(shí)后仍能保持初始效率的97.5%，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
