鈣鈦礦最新Science！

一、【導讀】

近十年來，鈣鈦礦太陽能電池發展迅猛，正朝著商業應用的方向前進。在實際應用中，除了太陽直射產生的高溫，環境溫度變化也會導致鹵化物鈣鈦礦中的相變和晶格應變，從而影響其在太陽能電池中的穩定性，極大降低PCE。因此，開發具有熱循環穩定性的高效商用鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）是推進其應用的關鍵。

二、【成果掠影】

近日，德國亥姆霍茲柏林能源與材料研究中心Wang Luyao、李萌教授和Antonio Abate教授聯合使用β-聚（1,1-二氟乙烯）的有序偶極結構穩定了鈣鈦礦黑相以控制鈣鈦礦膜的結晶和能量取向，從而改善了太陽能電池的性能。研究人員展示了p-i-n鈣鈦礦太陽能電池，其在18 mm²和1 cm²上的功率轉換效率分別為24.6%和23.1%，在25°和75°C下一個太陽最大功率點追蹤1000小時后，其效率分別為96%和88%。在?60°和+80°C之間快速熱循環的器件沒有疲勞跡象，表明有序偶極結構對鈣鈦礦太陽能電池運行穩定性的影響。相關研究成果以題為“Highly efficient p-i-n perovskite solar cells that endure temperature variations”發表在知名期刊Science上。

三、【圖文導讀】

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圖一、鈣鈦礦薄膜的工作機理及形貌表征 ? 2023 AAAS

圖二、鈣鈦礦薄膜的結晶動力學 ? 2023 AAAS

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圖三、鈣鈦礦太陽能電池的PV性能 ? 2023 AAAS

圖四、鈣鈦礦太陽能電池熱循環穩定性 ? 2023 AAAS

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圖五、溫度循環過程中的鈣鈦礦結構演化 ? 2023 AAAS

四、【總結展望】

在環境條件下工作經歷的熱應力會導致相變和晶格應變，從而阻礙鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的穩定性。用聚合物偶極子涂覆包裹鈣鈦礦膜的晶體導致應變緩沖和晶格穩定效應，從而減輕了熱應力的影響。研究人員選擇了特定的聚合物偶極β-聚（1,1-二氟乙烯）（β-pV2F），其高度有序的偶極結構與特定的鈣鈦礦組分相互作用，從而在加工過程中控制鈣鈦礦膜結晶，并與器件內的電荷選擇性接觸進行能量校準。報道的β-pV2F器件的功率轉換效率在18 mm²以上達到創紀錄的24.6%，在1 cm²以上達到23.1%（SIMIT認證的PCE為24.24%，有效面積為9.6 mm²）。β-pV2F應變緩沖效應可在高達75℃的溫度下實現穩定的功率輸出，并在-60°C和+80°C之間實現快速的溫度變化。本研究為制造穩定鈣鈦礦太陽能電池提供了新的策略。

文獻鏈接：Highly efficient p-i-n perovskite solar cells that endure temperature variations (Science 2023, 379, 399-403)