留给钙钛矿太阳能电池的大文章不多了,最近钙钛矿的顶刊频率降下来了,因为钙钛矿电池效率已经达到了25.5%,距离理论效率31%没多少空间了。
那么,2021年10月18日,慕尼黑工业大学的PeterMüller-buschbaum教授等人为何还能发Nature Energy1?这个期刊可是非常看重Newport的认证效率的,毕竟期刊的影响因子摆在那里了,达到了60分,超过了Nature主刊。除了效率,还有idea,好的idea永不过时!
第一作者是郭任君,他意识到气氛对电池稳定性影响可能是巨大的,文献也支持这种猜测,然后他询问了领域内的大佬2:Eugene Katz教授和Mark Khenkin博士,他们说真空中器件衰减会快很多,但具体机理不清楚。(一般导师只关心效率的话,就觉得他们说的是废话)
国际有机光伏稳定峰会协议(ISOS)建议钙钛矿电池封装在真空或者氮气氛围下进行,结合大佬说真空衰减快,那么氮气封装是不是最佳选择?
实验对比的条件很明确了:真空和氮气环境。
核心手段:原位同步辐射光照老化实验,如下图,大手笔啊,原位GIWAXS+光照电池测试,顶级实验了!
实验结果:真空条件下,存在光诱导的相偏析、晶格收缩和形貌变化;在氮气条件下,太阳能电池运行过程中只出现晶格收缩,器件稳定性更好。(果然氮气中封装比较好)
如图1:这是他们测试的电池样品,MAFA混合I和Br钙钛矿组分,效率为20%。
如图2:原位GIWAXS光照测试,发现真空条件下会有相分离、晶格收缩等产生,混合组分的取向分部不均是相分离的主要原因。
如图3:GISAXS表征发现真空中出现钙钛矿小晶粒破碎的现象,而氮气中不会。这是因为氮气吸附在钙钛矿表面是吸热过程,降低了晶界能,使钙钛矿晶粒稳定,并维持整个系统的平衡的状态。
硅太阳能电池常用的封装仪器是层压机,层压机工作时除了提供压力还要进行抽真空,使得封装膜和电池面板接触良好,防止气泡产生。
这篇Nature Energy之后,钙钛矿太阳能电池行业选择封装设备的时候,需要慎重考虑传统的层压机了,毕竟抽真空封装对钙钛矿不是好事!
1. Nat. Energy 6, 977–986 (2021). https://doi.org/10.1038/s41560-021-00912-8
2. https://mp.weixin.qq.com/s/P0bsbLqnOLtitni5fOc5Ag
3. Khenkin, M. V. et al. Consensus statement for stability assessment and reporting for perovskite photovoltaics based on ISOS procedures. Nat. Energy 5, 35–49 (2020).
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