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最新Science:原子层沉积技术(ALD)在钙钛矿太阳能电池中沉积锡氧化物(SnOx)以提高其长期稳定性的研究
日期:2024-10-12浏览量:30
钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其高效率和低成本而受到关注,但长期稳定性是其商业化的主要挑战。环境因素如湿度、氧气、温度变化和光照会降低电池性能和寿命。
研究者Gao等人通过共沉积钙钛矿和空穴选择性接触,同时保护钙钛矿,实现了在不使用富勒烯的情况下沉积SnOx/Ag。通过ALD技术制备的SnOx作为耐用的无机电子传输层。
通过调整SnOx层中的氧空位缺陷,实现了超过25%的功率转换效率(PCE)。
通过第三方认证,钙钛矿太阳能电池展现出比传统p-i-n PSCs更好的稳定性,钙钛矿太阳能电池的T97寿命超过1000小时,在65°C下模拟AM1.5照明条件下连续操作2000小时后,PCE保持在95%以上。
钙钛矿太阳能电池的结构和性能
PSC的结构为玻璃/ITO/活性层/钝化层/SnO2/Ag的简单堆叠。其中活性层由特定成分组成,ETL SnOₓ通过ALD沉积在活性层上。
钙钛矿太阳能电池的结构和详细性能数据,说明通过原子层沉积技术优化SnOx层对提高电池性能的重要性。通过调整ALD过程中的参数,研究者能够显著提高钙钛矿太阳能电池的功率转换效率和稳定性。
SnOx中间层对钙钛矿太阳能电池性能的影响
深入探讨了SnOx中间层对钙钛矿太阳能电池性能的影响。实验数据显示,通过调整SnOx中间层中氧空位的浓度,可以减少非辐射复合和能量损失,从而提高电池的效率和稳定性。理论计算进一步支持了实验观察,表明氧空位的形成和PDINN缓冲层的引入有助于优化载流子的提取和传输,从而提高电池性能。
钙钛矿太阳能电池的稳定性测试
展示了在65°C条件下,封装和未封装的SnOx基钙钛矿太阳能电池在连续1-sun照明下的稳定性表现。
SnOx基钙钛矿太阳能电池显示出超过初始PCE 95%的优异稳定性,经过2000小时的连续操作(T95 ≥ 2000小时)。
第三方机构进行的稳定性测试也证实了,在连续操作1000小时后,设备保持了超过97%的初始PCE。
热循环测试:
展示了钙钛矿太阳能电池在热循环测试下的性能变化,测试条件为-40°C至85°C的黑暗环境中。SnOx基钙钛矿太阳能电池在800个热循环后平均衰减约为4.7%,而对照组电池在同一条件下平均效率下降了28.1%。
SnOx层不仅提高了电池的效率,还显著增强了其稳定性,特别是在防止碘离子扩散和热循环测试中的表现。测试结果证明了SnOx层在保护钙钛矿材料免受环境影响方面起到了关键作用,这对于提高钙钛矿太阳能电池的商业化潜力至关重要。
SnOx基钙钛矿太阳能电池在不同环境条件下的稳定性测试
ISOS-D-1稳定性测试:
展示了设备在室内黑暗条件下储存的效率变化。
SnOx基钙钛矿太阳能电池无论是封装还是未封装,都显示出几乎无性能衰减,维持了超过99.1%的初始功率转换效率(PCE)达2000小时。
对照组电池(传统p-i-n结构)未封装时性能衰减明显,而封装后的对照组电池维持了98.9%的初始PCE。
ISOS-D-3稳定性测试:
展示了钙钛矿太阳能电池在高温高湿条件下(85°C和85%相对湿度)的效率变化。
未封装的SnOx基钙钛矿太阳能电池在1000小时后显示出小于3.0%的衰减,而封装后的SnOx基钙钛矿太阳能电池衰减进一步降低到2.1%。
对照组电池在相同条件下封装设备衰减超过16.4%,表明仅外部封装不足以抵抗极端环境的影响。
ISOS-LC-1稳定性测试:
展示了钙钛矿太阳能电池在室内环境下进行的光照开关稳定性测试,测试条件为12小时光照和12小时黑暗的循环。未封装的SnOx基钙钛矿太阳能电池在42个循环后PCE衰减了2.5%,而封装的对照组电池衰减了9.7%。
ISOS-O-1户外老化测试:
展示了钙钛矿太阳能电池在户外条件下储存的效率变化,设备处于开路状态。
未封装的SnOx基钙钛矿太阳能电池在户外环境50天后仅衰减了1.1%,而封装的对照组电池衰减了4.8%。
通过一系列标准化的环境稳定性测试,全面评估了SnOx基钙钛矿太阳能电池在不同环境条件下的性能保持情况。测试结果表明,SnOx层不仅提高了电池的效率,还显著增强了其在各种环境条件下的稳定性,包括室内储存、高温高湿、光照开关循环以及户外老化。这些测试结果进一步证实了SnOx层在保护钙钛矿材料免受环境影响方面起到了关键作用,为钙钛矿太阳能电池的商业化提供了重要的参考数据。
原文出处:https://doi.org/10.1126/science.adq8385
Long-term stability in perovskite solar cells throughatomic layer deposition of tin oxide(2024.10)
美能MPPT多通道电池测试系统
美能MPPT多通道电池测试系统,采用A+AA+级LED太阳光模拟器作为老化光源,以其先进的技术和多功能设计,为钙钛矿太阳能电池的研究提供了强有力的支持。
光源等级:A+AA+,光谱匹配度A+级,均匀性A级,长时间稳定性A+级
有效光斑大小: ≥250*250mm(可定制)
光强可调节: 0.2sun, 0.5sun, 1sun, 1.5sun,4个档位
功率独立可控:300-400nm/400-750nm/750-1200nm
美能热循环环境试验箱
美能热循环环境模拟试验,可以验证评估钙钛矿太阳能电池的可靠性和稳定性,并通过热疲劳诱导失效模式,早期识别制造缺陷。
满足标准:IEC61215-MQT11(热循环试验);IEC61730-MST51(温度循环试验)
升降温速率:-40℃~+85℃,线性0~3.3℃/min可调
平均耗电量:≤100 KW·h(TC200单个循环耗电量)
温度范围:-50℃ ~ +150℃
美能高低温湿冻环境试验箱
美能高低温湿冻环境试验箱凭借其智能节能控制、精确温湿度调节和符合国际标准的测试方法,展示了其在太阳能组件测试中的卓越性能。这一设备不仅确保了测试的准确性,还提高了产品质量,降低了能耗和运营成本。
满足标准:IEC61215-MQT12(湿冻试验);IEC61730-MST52(湿冷冻试验)
具备抗疲劳能力
具备抗湿气渗透能力
SnOx基钙钛矿太阳能电池在一系列严格的稳定性测试中表现出色,无论是在连续操作、热循环、还是不同环境条件下,这些电池都显示出了优异的耐久性,为实现更可靠和经济的太阳能解决方案提供了有力的技术支持。美能光伏可提供一系列环境试验箱:热循环试验箱、紫外老化试验箱、高低温湿冻环境试验箱等,模拟钙钛矿太阳能电池在不同条件下的环境温度、湿度、紫外光照等变化,以评估电池性能是否符合要求。