近日,304am永利集团新能源技术研究院在能源领域顶级期刊Energy & Environmental Science(影响因子:32.5)上发表题为“One-step dual-additive passivated wide-bandgap perovskites to realize 44.72%-efficient indoor photovoltaics”的最新研究成果。审稿专家对该工作做出高度的评价:一步法双添加剂是一种非常有吸引力的方法,在弱光下实现了令人印象深刻的光电转化效率;该研究成果在室内光伏器件领域是一项“里程碑”式的工作(The use of a one-step dual additive is an interesting approach, and the low-light PCE achieved is impressive; This work is a milestone for indoor photovoltaics)。
该论文第一作者为硕士研究生马巧燕,王有生副研究员和麦耀华教授为文章共同通讯作者,永利集团为第一且唯一的通讯单位。
室内光伏能够高效利用室内光(如LED灯或荧光灯),在物联网系统连接的小型、便携式和无线电子设备持续供电等方面展示出巨大潜力(图1)。由于其优异的光电性质,混合碘-溴宽带隙(Eg ~ 1.7-1.9 eV)钙钛矿非常适合于采集光谱分布比较窄的室内弱光。然而,混合碘-溴宽带隙钙钛矿薄膜缺陷导致严重的非辐射复合、卤化物相偏析和空位,引起宽带隙钙钛矿室内光伏器件较大的开路电压和填充因子损失。
图1. 室内光伏为物联网电子设备持续供电多应用场景。
鉴于此,研究团队开发出了一种简单的、一步法双添加剂诱导形成混合碘-溴宽带隙钙钛矿复合加合物,从而制备出了高质量、少缺陷的碘-溴宽带隙钙钛矿薄膜。此方法有效地促进了钙钛矿晶粒生长,缓解了碘-溴卤化物相偏析,进而抑制了薄膜体缺陷引起的非辐射复合损失。NiOx基反式宽带隙钙钛矿太阳电池(Eg ~ 1.71 eV)在太阳光(AM 1.5G)照射下实现了创纪录的21.97% 的光电转换效率,填充因子、短路电流密度和开路电压分别达83.4%,21.56 mA cm–2和1.25 V。在太阳光连续照射下,封装的器件环境工作稳定性超过800个小时,性能衰减小于5%。
此外,经国家光伏产业计量测试中心认证,在室内光源(U30 1000 Lux 338.2 µW cm–2)照射下,宽带隙钙钛矿太阳电池获得了44.72%的认证记录效率,以及1.07 V的高开路电压和82.3%的填充因子(图2),均为当前已报道的世界最高值。这是该课题组继大面积(12.96 cm2)钙钛矿室内组件43.54%的转换效率报道之后(Device, 2023, 1, 100174),再一次取得的效率突破。
图2. 宽带隙钙钛矿太阳电池的室内光伏性能。
该研究工作得到了国家自然科学基金(62204099)、中央高校基本科研专项(21623413)和广东省基础与应用基础研究基金(2022A1515011228;2022B1515120006)等项目的资助。
论文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d3ee04022d
图文:马巧燕
校对:吴绚、杨嘉琳
责任编辑:邓玉萌
初审:王有生、肖艳芳
复审:麦耀华、厉明
终审发布:黄睿