太阳能电池Science：调节界面实现耐湿热，性能突破工业稳定标准！

任何光伏（PV）技术的商业化都需要保证产品的寿命，对于传统的晶体硅（c-Si）模块来说，寿命至少为25至30年。光伏技术的生命周期预测通常通过标准化的加速降解测试来实现。在演示了钙钛矿太阳能电池（PSC）的卓越功率转换效率（PCE）后，PSC进入市场的主要挑战是成功通过国际电工委员会的标准工业寿命评估测试（IEC 61215:2016），特别是85°C和85%相对湿度（RH）的湿热测试。像商用c-Si太阳能电池（PCE~20%）一样运行稳定的PCE需要通过>1000小时的湿热测试，PCE绝对损耗<5%。

封装PSC的降解通常是由容器中的泄漏（允许大气成分与钙钛矿相互作用）和与设备相关的材料不稳定造成的。为了解决这个问题，开发了无泄漏设备包装，使用真空层压封装剂和丁基橡胶边缘密封，将钙钛矿密封在两块玻璃片中。尽管如此，对封装控制装置的湿热测试导致快速降解，这意味着钙钛矿吸收层本身固有的热不稳定性。

三维（3D）钙钛矿薄膜用作PSC中的光活性吸收层，其不稳定性主要归因于高缺陷密度以及晶界和界面上的离子迁移，在更高的工作温度下加剧。据报道，有几种方法可以钝化这些缺陷。具体而言，在3D钙钛矿顶部表面生长的二维（2D）钙钛矿层会产生2D/3D钙钛矿异质结，可以有效地钝化表面缺陷并抑制离子迁移。

阿卜杜拉国王科技大学Stefaan De Wolf教授团队在Science上发表文章，Damp heat–stable perovskite solar cells with tailored-dimensionality 2D/3D heterojunctions，实现了具有可调2D/3D异质结的对湿热稳定钙钛矿太阳能电池。

这里，作者发现，在倒置PSC的电子选择界面上调节2D钙钛矿碎片的维度（n）对于通过2D钙钛矿钝化层实现高效的顶接触钝化至关重要。作者通过应用油胺碘（OLAI）分子形成Ruddlesden-Popper相二维钙钛矿层，对3D钙钛矿的表面缺陷进行了后处理，通过将退火条件从低温调整到高温，调节了二维钙钛矿碎片的维度n（这也决定了它们的光学和电子性能），因为高n的层具有较低的形成能。

作者对二维钙钛矿钝化处理PSC进行了一套严格的稳定性测试。事实证明，二维钙钛矿钝化同时充当离子迁移阻滞、水分/氧进入屏障和缺陷钝化层，特别是在高温下。该方法提高了PCE，并延长了倒置PSC的稳定性。

由此产生的倒置PSC提供24.3%的PCE，并在潮湿热测试条件下>1000小时后保留>95%，从而满足光伏模块的关键工业稳定性标准之一。

图文详情

图1. 通过调整退火条件来控制二维钙钛矿结构的尺寸

图2. 含有或不含2D二维钙钛矿钝化的钙钛矿薄膜的光学表征和高能排列

图3. 2D/3D钙钛矿异质结的器件性能和稳定性

原文链接

Damp heat–stable perovskite solar cells with tailored-dimensionality 2D/3D heterojunctions. Science.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm5784

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太阳能电池Science：调节界面实现耐湿热，性能突破工业稳定标准！

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