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新材料有助于提高钙钛矿太阳能电池的性能

发布时间:2019-01-24 10:38:59 来源:

新的研究可能导致设计新材料,以帮助改善钙钛矿太阳能电池(PSC)的性能。

钙钛矿太阳能电池是一种新兴的光伏技术,其功率转换效率显着提高到20%以上。

然而,PSC性能受到影响,因为钙钛矿材料包含可在一个工作日内移动的离子缺陷。随着这些缺陷的发生,它们会影响电池内部的电气环境。

钙钛矿材料负责吸收光以产生电荷,并且还有助于在电荷丢失到称为“重组”的过程之前将电荷提取到外部电路中。

大多数有害的重组可以发生在太阳能电池内的不同位置。在一些设计中,它主要发生在钙钛矿中,而在另一些设计中,它发生在钙钛矿的边缘,在那里它与称为传输层的相邻材料接触。

来自朴茨茅斯大学,南安普顿大学和巴斯大学的研究人员现在已经开发出一种方法来调整传输层的性质,以促使钙钛矿内的离子缺陷以这样的方式移动,即它们抑制重组并导致更有效的电荷提取 - 增加落在最终可以使用的电池表面上的光能的比例。

来自朴茨茅斯大学的杰米福斯特博士参与了这项研究,他说:“细心的细胞设计可以控制离子缺陷,移动到可以增强电子电荷提取的区域,从而增加细胞可以提供的有用功率“。

该研究发表在“ 能源与环境科学”杂志上,表明PSC的性能在很大程度上取决于介电常数(材料储存电场的能力的衡量标准)和传输层的有效掺杂密度。

福斯特博士说:“了解如何以及哪些传输层属性影响电池性能对于告知电池架构的设计至关重要,以便在最小化降级的同时获得最大功率。

“我们发现离子运动在稳态器件性能中起着重要作用,通过在钙钛矿和传输层之间的界面附近的窄层中产生的离子电荷和带弯曲的积累。电势的分布是确定细胞的瞬态和稳态行为的关键。

“除此之外,我们建议可以调整每个传输层的掺杂密度和/或介电常数,以减少由于界面重组造成的损失。一旦确定了这一点和速率限制电荷载体,我们的工作提供了一个系统的工具来调整传输层属性以提高性能。“

研究人员还提出,使用低介电常数和掺杂的传输层制造的PSC比具有高介电常数和掺杂的传输层更稳定。这是因为这样的电池在钙钛矿层内显示出减少的离子空位累积,这与钙钛矿层边缘的化学降解有关。

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