新加坡的研究人員建造了他們聲稱是業(yè)界最高效的大面積共蒸發(fā)太陽(yáng)能電池。根據(jù)他們的研究結(jié)果，該設(shè)備表現(xiàn)出卓越的熱穩(wěn)定性，并可能在未來(lái)幾年內(nèi)達(dá)到商業(yè)成熟度。

來(lái)自新加坡南洋理工大學(xué)能源研究所的科學(xué)家開發(fā)出一種具有強(qiáng)大功率轉(zhuǎn)換效率和良好熱穩(wěn)定性的共蒸發(fā)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

這些電池可用于各種應(yīng)用，研究員安娜麗莎布魯諾表示，在我們的工作中，我們首次證明了熱蒸發(fā)過程在為不同架構(gòu)定制鈣鈦礦吸收器方面的多功能性。

該電池具有“針”布局，并依賴于共蒸發(fā)的MAPbI3薄膜。研究人員使用的共蒸發(fā)工藝允許生產(chǎn)分級(jí)的、可定制的鈣鈦礦層，而無(wú)需添加額外的層或額外的鈍化步驟。在蒸發(fā)過程中，背景壓力緩慢降低，以達(dá)到所需的費(fèi)米能級(jí)。這些定義了輻射能量向電化學(xué)能量的有效轉(zhuǎn)換。

在形成電池鈣鈦礦吸收器的共蒸發(fā)過程中，控制和監(jiān)測(cè)碘化鉛(II)(PbI2)和甲基碘化銨(MAI)的生長(zhǎng)和組成是該制造步驟的主要挑戰(zhàn)。在電池上測(cè)試了不同的電子和空穴傳輸材料(HTM)，性能最佳的器件具有由[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸制成的HTM，其也稱為MeO-2PACz。

基于自組裝單層(SAM)MeO-2PACz的冠軍電池實(shí)現(xiàn)了學(xué)術(shù)界所描述的20.6%的創(chuàng)紀(jì)錄效率和兩種不同的電池，基于2,2“,7,7”-tetra(N,N-di-p-tolyl)amino-9,9-spirobifluorene(spiro-TTB)和poly(triarylamine)(PTAA)作為HTM，各達(dá)到20.3%。

使用三種不同HTL的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的窄功率轉(zhuǎn)換效率分布突顯了這些共蒸發(fā)器件的良好再現(xiàn)性，研究小組說，并指出當(dāng)spiro-TTB器件放大到1cm2和1.96cm2，其效率分別達(dá)到19.1%和17.2%。

研究人員說，這些未封裝的共蒸發(fā)針狀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出顯著的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，在室溫下儲(chǔ)存超過1000小時(shí)后，仍能保持90%的初始功率轉(zhuǎn)換效率。

根據(jù)布魯諾的說法，這些大面積器件是迄今為止這種尺寸最有效的共蒸發(fā)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。據(jù)說這些電池還具有出色的熱穩(wěn)定性，因?yàn)樗鼈冊(cè)?5°C下熱老化500小時(shí)后仍保持超過80%的初始效率。

鑒于過去幾年熱共蒸發(fā)鈣鈦礦的發(fā)展，我們可能會(huì)在未來(lái)幾年內(nèi)看到這些電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，她說。

科學(xué)家們?cè)凇癈o-EvaporatedMAPbI3withGradedFermiLevelsEnablesHighPerformance,Scalable,andFlexiblepinPerovskiteSolarCells”中描述了電池和相關(guān)制造技術(shù)，該文章最近發(fā)表在AdvancedFunctionalMaterials上。