高熵混合钙钛矿太阳能电池效率达到 25.7%

中国浙江大学的研究人员开发出了一种倒置钙钛矿太阳能电池 基于高熵混合钙钛矿 (HEHP) 材料。据报道，这种新方法提高了设备​​的稳定性并表现出卓越的效率。

“我们的工作凸显了高熵混合钙钛矿 (HEHP) 结构在提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性方面的潜力，”该研究的通讯作者薛晶晶说。“这种结构的特点是高度无序的有机成分，与有序的单组分相比，它们提供熵增益并表现出更好的热稳定性和结构稳健性。有机成分的化学丰富性为调整钙钛矿和相关材料的特性提供了更多可能性。”

提高稳定性和效率

研究团队证明，新材料具有单相多组分钙钛矿结构，在高温下比传统钙钛矿具有更高的相稳定性。核磁共振 (NMR) 光谱证实了所提出的材料中不同有机阳离子的共存。

“HEHP 单晶显示出所有有机阳离子的特征峰，与所有五种有机阳离子的等摩尔混合物的特征峰非常匹配，”科学家解释说。“这种单晶可以最好地描述为由有序无机结构和无序有机夹层组成的混合结构。”

增强设备构造

研究人员利用 HEHP 制作出了一种具有出色防水防潮性能的钙钛矿薄膜。然后，该薄膜用于构建具有传统结构的钙钛矿太阳能电池，其中包括氧化铟锡 (ITO) 基板、氧化锡 (SnO2) 的电子传输层 (ETL)、钙钛矿吸收剂、基于螺旋 OMeTAD 的空穴传输层和金属银 (Ag) 触点。将该设备的性能与具有类似钙钛矿层但不具有 HEHP 的参考设备进行了比较。

卓越的绩效指标

在标准照明条件下进行测试，基于 HEHP 的设备实现了：

• 效率：25.7%
• 开路电压：1.17 V
• 短路电流密度：25.8 mA/cm²
• 填充系数：85.2%

相比之下，参考设备实现了：

• 效率：23.2%
• 开路电压：1.13 V
• 短路电流密度：25.1 mA/cm²
• 填充系数：81.7%

基于 HEHP 的电池保留了 98% 以上的原始  即使在 1,000 小时后仍能保持高效。

“我们将开路电压和填充因子的改善归因于加入 HEHP 后非辐射复合的减少和界面的改善，”科学家解释说。“HEHP 在减少电子干扰方面优于单个组件，这可以归因于多种类型的 A 位阳离子共存，这些阳离子可以与各种缺陷协同作用。”

适用性广泛

该团队相信，这种新型钙钛矿材料可用于各种钙钛矿组合物和细胞结构。“它可以作为一种通用且容错的策略，在不同情况下提高钙钛矿太阳能电池的性能，这对于提高未来工业化批量生产中钙钛矿器件的生产良率至关重要，”该团队总结道。

《自然光子学》杂志发表的一项研究“用于钙钛矿太阳能电池的具有无序有机部分的高熵混合钙钛矿”详细介绍了这种新型电池概念。