一、【导读】

近十年来，钙钛矿太阳能电池发展迅猛，正朝着商业应用的方向前进。在实际应用中，除了太阳直射产生的高温，环境温度变化也会导致卤化物钙钛矿中的相变和晶格应变，从而影响其在太阳能电池中的稳定性，极大降低PCE。因此，开发具有热循环稳定性的高效商用钙钛矿太阳能电池（PSCs）是推进其应用的关键。

二、【成果掠影】

近日，德国亥姆霍兹柏林能源与材料研究中心Wang Luyao、李萌教授和Antonio Abate教授联合使用β-聚（1,1-二氟乙烯）的有序偶极结构稳定了钙钛矿黑相以控制钙钛矿膜的结晶和能量取向，从而改善了太阳能电池的性能。研究人员展示了p-i-n钙钛矿太阳能电池，其在18 mm²和1 cm²上的功率转换效率分别为24.6%和23.1%，在25°和75°C下一个太阳最大功率点追踪1000小时后，其效率分别为96%和88%。在−60°和+80°C之间快速热循环的器件没有疲劳迹象，表明有序偶极结构对钙钛矿太阳能电池运行稳定性的影响。相关研究成果以题为“Highly efficient p-i-n perovskite solar cells that endure temperature variations”发表在知名期刊Science上。

三、【图文导读】

图一、钙钛矿薄膜的工作机理及形貌表征 © 2023 AAAS

图二、钙钛矿薄膜的结晶动力学 © 2023 AAAS

图三、钙钛矿太阳能电池的PV性能 © 2023 AAAS

图四、钙钛矿太阳能电池热循环稳定性 © 2023 AAAS

图五、温度循环过程中的钙钛矿结构演化 © 2023 AAAS

四、【总结展望】

在环境条件下工作经历的热应力会导致相变和晶格应变，从而阻碍钙钛矿太阳能电池（PSCs）的稳定性。用聚合物偶极子涂覆包裹钙钛矿膜的晶体导致应变缓冲和晶格稳定效应，从而减轻了热应力的影响。研究人员选择了特定的聚合物偶极β-聚（1,1-二氟乙烯）（β-pV2F），其高度有序的偶极结构与特定的钙钛矿组分相互作用，从而在加工过程中控制钙钛矿膜结晶，并与器件内的电荷选择性接触进行能量校准。报道的β-pV2F器件的功率转换效率在18 mm²以上达到创纪录的24.6%，在1 cm²以上达到23.1%（SIMIT认证的PCE为24.24%，有效面积为9.6 mm²）。β-pV2F应变缓冲效应可在高达75℃的温度下实现稳定的功率输出，并在-60°C和+80°C之间实现快速的温度变化。本研究为制造稳定钙钛矿太阳能电池提供了新的策略。

文献链接：Highly efficient p-i-n perovskite solar cells that endure temperature variations (Science 2023, 379, 399-403)