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稳定高效宽带隙钙钛矿电池-交联策略抑制相分离时间:2025-07-14 宽带隙混合卤化物钙钛矿中的相分离问题,尤其是碘化铅(PbI₂)介导的氧化还原循环引发的降解,是制约其稳 定性(特别是在叠层电池中)的关键瓶颈。针对这一核心矛盾,本研究创新性地引入了一种原位交联添加剂策略,从 源头抑制PbI₂形成,显著提升了器件的运行稳定性。 稳定高效宽带隙钙钛矿电池:交联策略抑制相分离 核心策略与方法: 研究采用一种多功能添加剂(文中称为交联剂),在钙钛矿前驱体溶液中引入。在后续退火结晶过程中,该添加剂 发生原位聚合,形成三维交联聚合物网络。该网络具有多重功能: 1.固定铅框架:网络中的强配位基团(如富电子羰基)优先与钙钛矿结构单元[PbX₆]⁴⁻结合,有效抑制了PbI₂中间 相的生成(XRD分析显示目标组完全缺失PbI₂特征峰)。 2.优化结晶动力学:原位光致发光(PL)监测显示,交联剂延缓了结晶起始时间,并使结晶过程更平稳,减少了缺陷 形成(PL强度衰减更平缓)。 3.晶界钝化与离子迁移抑制:形成的聚合物网络均匀分布于整个钙钛矿薄膜,特别是晶界处: 钝化缺陷:显著降低了非辐射复合(PL量子产率提升,准费米能级分裂增加40meV)。 抑制离子迁移:时间飞行二次离子质谱(ToF-SIMS)和热激发离子迁移(TID)测量证实,交联网络大幅提升了卤素离子 迁移活化能(从0.23eV升至0.56eV),扩散系数降低47%,有效抑制了Br/I相分离(光照24小时后PL峰移仅6nm,抑制效率达87%)。 性能提升与稳定性验证: 单结宽带隙钙钛矿电池(~1.68eV): 功率转换效率(PCE)达到23.03%。 开路电压(Voc)提升0.04V,填充因子高达84.67%,表明界面复合降低。 稳定性:在持续1个太阳光照强度下进行最大功率点跟踪(MPPT)测试,1100小时后仍保持超过90%的初始效率,远超 国际稳定性测试标准。 钙钛矿/硅叠层太阳能电池: 实现了领先的认证效率32.57%(反向扫描)。 得益于优化的光陷阱结构(绒面硅底电池+平面钙钛矿顶电池)和低电阻电极设计。 顶/底电池电流匹配良好(分别约20.69mA/cm²和20.47mA/cm²)。 高温稳定性突破:在45°C高温和持续光照下进行MPPT测试,1400小时后效率衰减仅约10%,保持90%初始性能,突 破了宽带隙钙钛矿在叠层应用中的热稳定性瓶颈。 结论与展望: 本研究通过原位交联添加剂工程,成功解决了PbI₂介导的相分离这一宽带隙钙钛矿的核心稳定性问题。该策略通过: 1.抑制PbI₂形成源头。 2.优化结晶过程。 3.在晶界构建钝化与离子迁移阻挡网络。 实现了结晶质量、缺陷钝化和离子迁移抑制的协同优化。所获得的单结和叠层电池在效率和运行稳定性(尤其是高温 稳定性)上均取得显著突破,为高性能、长寿命钙钛矿基叠层光伏器件的商业化提供了有效的技术路径。 超声波喷涂技术被认为是一种有效的薄膜涂层制备工艺,可用于制备薄膜钙钛矿太阳能电池的各种功能层,例如TCO涂 层(透明导电氧化物);增透膜和增透膜的制备;钙制备活性层,例如钛矿石,量子点,缓冲层或有机层;超声波喷涂系统 为许多太阳能电池应用提供了一种低成本解决方案。超声波喷涂具有高精度薄膜厚度控制、均匀性高、飞溅少,原料利用率 高4倍的显著优势。与镀膜和CVD等涂层工艺相比,超声喷涂具有较高的性价比,尤其是对于大面积涂层,其成本大大降低。 喷雾热解超声波喷头可应用于研发、中试及产业级的喷雾热分解系统中制备超细粉体。其采用超声波雾化喷头技术,可将 前驱体溶液或悬浮液均匀雾化后喷入管式炉中进行高温热分解制备超细粉体,是喷雾热分解(又名喷雾热裂解)系统中的关键 雾化装置。驰飞提供包括超声雾化、高温炉、粉体收集、尾气处理、载气控制、前驱液供液分配等完整的超声喷雾热解系统解 决方案。利用超声波高频振荡将液体雾化成均匀的微米级颗粒,相对于传统的二流体喷头,超声波喷头可以得到更均匀、更细 小的雾化颗粒,且不宜堵塞喷头。根据不同液体的粘度,选择不同频率的超声喷头,雾化颗粒直径从0.5微米40微米。广泛应用 于精细喷涂、喷雾热解、喷雾干燥等领域。 |