离子液体+钙钛矿=?Science,Nature各一篇!
会发光的知光谷 2020-07-06

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Henry J. Snaith, 牛津大学教授,钙钛矿光伏器件第一人。在2010年就创办了牛津光伏公司(Oxford PV),2014年已经开始研发钙钛矿-硅叠层器件。去年,中国金风科技投资Oxford PV 约2000万英镑,用于开发钙钛矿光伏组件。据报道,钙钛矿-硅叠层器件效率将提高至30%。

 

那么,2019-2020年,Henry J. Snaith等人陆续在Nature,Science上发表关于钙钛矿器件的稳定性研究:离子液体提高离子晶体钙钛矿的稳定性,研究了钙钛矿的老化机制。这些重磅成果对推动钙钛矿单结器件,钙钛矿叠层器件都有深远意义。

 

今日Science:哌啶基离子液体!提高FACs基钙钛矿器件性能


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工作寿命问题长期以来都是有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池中关键性参数,牛津大学Yen-Hung Lin,Henry J. Snaith等展示了一种高弹性的正-本征阴性钙钛矿太阳能电池,通过将哌啶基烷基阳离子-硼氟酸阴离子组成的离子化合物引入甲脒,铯和卤化铅组成的钙钛矿材料中,实现了对能带结构的改变。通过对能带结构进行调控,将其用于钙钛矿/硅叠层太阳能电池的构建。这种哌啶添加分子有效的改善了开路电压和电池效率,并且抑制了钙钛矿的组分转变为杂质相、在电池老化实验中展示了遏制pinhole生成。


通过nanoSIMS(纳米尺度二次离子质谱测试)对哌啶离子化合物在钙钛矿中的作用进行研究,结果显示大部分的[BMP]+[BF4]-离子化合物分子在钙钛矿晶域边缘聚集,少量离子化合物渗透到Cs0.17FA0.83Pb(I0.77Br0.23)3钙钛矿薄膜中。超过1000 h的长时间工作后,电池的开路电压能保持在1.2 V。通过在空气中进行测试,结果显示未封装电池和封装后的电池分别在60 ℃和85 ℃中进行1010 h和1200 h连续测试,保持了80 %和95 %的性能。


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2019年Nature: 咪唑基离子液体, 提高FACsMA基钙钛矿器件性能


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基于金属卤化物钙钛矿的太阳能电池是最有前景的光伏技术之一。在过去几年中,通过调整钙钛矿的组成,优化器件结构内的界面,以及这些器件的长期运行稳定性得到了极大的改善。使用新的封装技术。但是,为了提供更持久的技术,还需要进一步改进。特别是在光照和热量下, 钙钛矿活性层中的离子迁移可以说是最难缓解的。

英国牛津大学/瑞典林雪平大学Sai Bai、Feng Gao以及牛津大学Henry J. Snaith等人将一种离子液体,1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐引入钙钛矿薄膜,提高了器件效率,显著提高了器件的长期稳定性。具体而言,在70至75 的连续全光谱太阳光下,封装器件稳定超过1,800小时,仅下降约5%;并估计器件下降其峰值性能的80%所需的时间是约5200小时。长期运行稳定的太阳能电池是实现可靠的钙钛矿光伏技术的关键一步。

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参考文献

Yen-Hung Lin et al. A piperidinium salt stabilizes efficient metal-halide perovskite solar cells,Science 2020.

DOI:10.1126/science.aba1628

https://science.sciencemag.org/content/369/6499/96


Bai, S. et al. Planar perovskite solar cells with long-term stability using ionic liquid additives. Nature 571, 245-250

doi:10.1038/s41586-019-1357-2 (2019).

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1357-2


Henry J. Snaith简介

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HenryJ. Snaith,英国牛津大学克拉伦登实验室物理学教授,牛津光伏公司(Oxford PV)的共同创始人之一。2017年9月,因共同发现并应用钙钛矿材料实现有效的能源转换,荣获化学领域2017年度“引文桂冠奖”。同年,科睿唯安网站预测Henry J. Snaith是诺贝尔物理学奖获得者之一。


HenryJ. Snaith团队通过材料合成,器件开发,先进的光电特性和理论研究的跨学科组合,率先开发了用于能源和光伏的钙钛矿材料。该研究吸引了学术界和工业界的关注,这是有希望以比现有硅PV更低的成本提供更高效率的光伏技术。Henry J. Snaith团队已在Science、Nature、NatureMaterials、Nature Photonics、NatureNanotechnology、Nature Energy、NatureCommunications和Joule等国际著名期刊发表论文和专利500多篇,被SCI引用超过92000次。

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