本征缺陷自消除提升钙钛矿太阳能电池低温光伏性能

【作者】 陈怡华； 邱智文； 王峰； 周文韬； 范润东； 裴锋涛； 蒋译霆； 周欢萍；

【机构】 北京大学；

【摘要】 钙钛矿太阳能电池作为新一代光伏技术在近十年内取得飞速的发展,已经引起了产业界和学术界的广泛关注。因其低成本、高比功率、优异的机械柔性,以及远远高于传统无机太阳能电池的高能粒子辐射硬度等特点,钙钛矿太阳能电池在近太空、极地等极端环境中展现了其独特的应用优势。然而,有限的研究仅仅达到了低温运行16～18%的光电转化效率,还远远未达到目前的先进水平,此外,低温钙钛矿太阳能电池运行机理尚未完全明确。基于此,我们系统全面地研究了(FA,MA,Cs)Pb(I,Br)3基钙钛矿太阳能电池在300-130 K范围内不同温度下的运行状态和器件性能,揭示了钙钛矿器件在290-180 K温度范围的效率增强现象。结合多种变温测试手段和第一性原理模拟计算,我们提出了钙钛矿相变促进的低温缺陷自消除与低温下抑制的载流子非辐射复合机理。此外,我们制备的钙钛矿太阳能电池在室温下计量院认证效率为23.3%(稳态效率22.8%),其在220 K的运行温度下表现出了25.2%的光电转化效率(稳态效率24.2%),为钙钛矿太阳能电池在低温运行状态下的最高效率。为了验证钙钛矿太阳能电池在低温太空中应用的可能性,我们在近太空模拟仓中测试和研究了无封装的钙钛矿器件的运行可行性和稳定性,为进一步发展新型钙钛矿空间光伏技术奠定了坚实的基础。更多还原