北京同步輻射裝置助力高效高溫工況運(yùn)行穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究取得新突破

結(jié)晶路徑轉(zhuǎn)變策略實(shí)現(xiàn)高效率高溫工況穩(wěn)定FACsPbI₃鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

近日，南開大學(xué)袁明鑒課題組聯(lián)合中外課題組開展了高水平合作研究，借助北京、上海同步輻射裝置揭示了無(wú)甲胺輔助的FACsPbI₃合金鈣鈦礦顯著的結(jié)晶與物相時(shí)空差異性是導(dǎo)致薄膜內(nèi)部存在化學(xué)組分異質(zhì)性的關(guān)鍵原因。這一組分不均一性直接導(dǎo)致了器件在高溫工況條件下的性能衰減?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)與合作單位進(jìn)行了深入的理論模擬分析。為了探明薄膜結(jié)晶行為和薄膜組分分布規(guī)律，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所陳雨高級(jí)工程師研發(fā)了緊湊型的便攜式原位溶液旋涂成膜裝置，在北京同步輻射1W1A漫散射實(shí)驗(yàn)站對(duì)鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶過程進(jìn)行了原位（旋涂及退火）監(jiān)測(cè)，并結(jié)合多種表征方法，探測(cè)薄膜結(jié)晶過程中不同深度的結(jié)晶過程結(jié)構(gòu)演變，發(fā)現(xiàn)了薄膜不同深度結(jié)晶行為差異性?；诖耍芯咳藛T首次提出了具有普適性的配體輔助結(jié)晶路徑轉(zhuǎn)變策略，并通過線站原位裝置證實(shí)了結(jié)晶調(diào)控策略的可靠性——薄膜具有均勻的結(jié)晶過程，最終實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量均一組分FACsPbI₃合金鈣鈦礦薄膜的可控制備，徹底解決了FACsPbI₃鈣鈦礦薄膜的空間組分異質(zhì)性問題，成功制備了兼具世界一流的能量轉(zhuǎn)換效率與高溫工況穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件。上述成果還取得福建國(guó)家光伏產(chǎn)業(yè)計(jì)量中心和中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的權(quán)威效率認(rèn)證。

有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其高效低成本，已成為新一代光伏技術(shù)的研究焦點(diǎn)。隨著其從實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制備向大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的推進(jìn)，鈣鈦礦電池在高溫條件下的穩(wěn)定性成為其進(jìn)一步發(fā)展的主要瓶頸。當(dāng)前，鈣鈦礦電池的高效性依賴于氯化甲銨添加劑，以穩(wěn)定其物相并調(diào)控結(jié)晶。然而，該添加劑在高溫下易分解，顯著削弱了鈣鈦礦電池的高溫運(yùn)行穩(wěn)定性。因此，開發(fā)無(wú)甲銨添加的FACsPbI₃合金鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，成為實(shí)現(xiàn)高效與高穩(wěn)定性鈣鈦礦光伏器件的關(guān)鍵路徑，也是鈣鈦礦光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)化落地的核心需求。

來自南開大學(xué)的研究人員在1W1A漫散射實(shí)驗(yàn)站開展原位GIWAXS實(shí)驗(yàn)

相關(guān)成果在Nature期刊發(fā)表，題為“High-efficiency and thermally stable FACsPbI3 perovskite photovoltaics”

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08103-7