最新Science:自组装单层膜的界面增韧提高了钙钛矿太阳能电池的可靠性


【引言】

低成本、高功率转换效率(PCE)和多功能性的前景推动了钙钛矿太阳能电池(PSCs)的研究。金属卤化物钙钛矿(MHP)光吸收剂的低形成能使其能够在室温或或接近室温下进行溶液处理,这也使其不稳定。改善PSC运行稳定性和可扩展性的研究已经取得了稳步进展,但PSCs如果要有效运行几十年,还需要具有机械可靠性。提高PSCs的机械可靠性尤其具有挑战性,因为MHPs的低形成能较低,导致其固有的机械性能较差,这意味着它们是柔性的、软的和脆性的。此外,在平面PSC多层堆叠中,MHP薄膜和相邻功能层之间的界面甚至更脆,使得它们容易过早分层。引起PSCs断裂的内外机械应力来源包括:(i)层间热膨胀系数(CTE)不匹配;(ii)运行中的热偏差;(iii)使用中的损伤积累;(iv)制造、安装、维护和外围是什么意思 期间的变形(如弯曲、拉伸和扭曲)。在包含PSCs的串联光伏产品中,由于增加了层数,预计CTE引起的内部应力会更大,而在柔性单结PSCs的情况下,外部施加的应力通常会更严重。尽管器件的最终使用中分层失败取决于许多因素,但最薄弱的界面的GC(低韧性)可能是决定多层器件机械可靠性的最重要指标。已经有一些尝试来增强PSCs中最薄弱界面的GC,并取得了不同程度的成功,使用的方法包括增加界面层、支架、相互渗透的界面、引入添加剂和晶粒粗化。

【成果简介】

今日,美国布朗大学Nitin P. Padture教授团队使用碘端自组装单层(I-SAM)作为“分子胶”,证明了MHP薄膜和底层SnO2电子传输层(ETL)之间的脆性界面大幅增韧。这一处理步骤不仅提高了PCE(高达21.44%),减少了迟滞现象,而且还提高了在1个太阳最大功率点(MPP)下连续运行的稳定性(预计保留初始PCE 80%的时间可达~4000小时)。经过运行稳定性测试的PSCs的特性表明,I-SAM有助于保持ETL/MHP接口的机械完整性,而在以前的PSC研究中所谓的操作稳定性与机械可靠性密切相关。此外,SAMs已被用于增韧其他类型器件的界面,同时改善其他功能性能,如导热性。该成果以题为“Interfacial toughening with self-assembled monolayers enhances perovskite solar cell reliability”发表在了Science上。

【图文导读】

1 ETL/MHP界面的机械性能

2 PSCs的结构和性能

3 PSCs运行稳定性

4运行稳定性测试的PSCs特性

文献链接Interfacial toughening with self-assembled monolayers enhances perovskite solar cell reliability(Science,2021,DOI:10.1126/science.abf5602)

本文由木文韬翻译,欧洲足球赛事 整理编辑。

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