日本九州大學(xué)的科學(xué)家已開發(fā)出一種用于鈣鈦礦電池生產(chǎn)的表面處理方法。他們提出這種方法可以減少滯后現(xiàn)象。鈣鈦礦光伏器件受困于這種效應(yīng)，因?yàn)樗鼈兊妮敵鋈Q于先前的輸入而非其即時(shí)狀態(tài)，從而影響了預(yù)測(cè)性能的準(zhǔn)確性。

在鈣鈦礦電池中，滯后效應(yīng)與材料的組成密切相關(guān)。按通常看法，界面附近的離子遷移和非輻射復(fù)合是造成這種效應(yīng)的原因。 九州大學(xué)研究小組提出，鈣鈦礦光伏器件中的電池衰減以及電流-電壓滯后現(xiàn)象，可以通過使用富勒烯衍生物C60吡咯烷-3-甲酸(CPTA)材質(zhì)的自組裝單層膜(Sam)對(duì)電池的氧化錫(SnO2)層進(jìn)行化學(xué)修飾加以抑制。研究人員表示，他們采用這種方法克服了鈣鈦礦太陽能電池性能的兩個(gè)最常見的難題。

研究成果

該團(tuán)隊(duì)運(yùn)用CPTA-Sam方法開發(fā)出八種平面電池器件，轉(zhuǎn)換效率為18.06%至18.12%。他們?cè)诮咏畲蠊β庶c(diǎn)的100 mW/cm?2的連續(xù)照明下，將它們與未經(jīng)CPTA-Sam修飾的類似電池進(jìn)行了穩(wěn)定性方面的比較。

九州大學(xué)的科學(xué)家們觀察到，未經(jīng)CPTA-Sam處理的電池轉(zhuǎn)化效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于經(jīng)過修飾的新設(shè)計(jì)。研究小組表示，“本研究中值得一提的是，未經(jīng)CPTA-Sam處理的鈣鈦礦太陽能電池在連續(xù)照明1000小時(shí)后，功率轉(zhuǎn)換效率并未降低。此外，即使在攝氏60度的高溫條件下，CPTA-Sam型電池仍能在有光照時(shí)保持更高的穩(wěn)定性。”

這些學(xué)者們發(fā)現(xiàn)未經(jīng)CPTA-Sam處理的電池出現(xiàn)了明顯的電流-電壓滯后效應(yīng)，但在經(jīng)過化學(xué)修飾的電池器件中，即使在60攝氏度下也未觀察到這種現(xiàn)象。

原因

九州大學(xué)的研究人員表示，除了離子遷移效應(yīng)外，當(dāng)SnO2表面用不同方式進(jìn)行處理時(shí)，不平衡的電荷傳輸、鐵電電容效應(yīng)，以及缺陷誘導(dǎo)的電子陷阱等因素都可能在電池中同時(shí)發(fā)生變化，而這些因素已確定會(huì)誘發(fā)光電流密度-電壓(J-V)滯后效應(yīng)。

理解電流-電壓滯后效應(yīng)如何影響鈣鈦礦電池的性能，仍是這種技術(shù)在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)之前需要克服的主要障礙之一。韓國成均館大學(xué)的科學(xué)家去年發(fā)表的一篇論文指出，我們已經(jīng)大致了解影響滯后效應(yīng)的各種參數(shù)，但對(duì)鈣鈦礦器件中受掃描方向影響的J-V曲線的研究很少。這項(xiàng)研究建議通過新的方法探索消除滯后效應(yīng)的鈣鈦礦太陽能電池，并提出界面工程可能是一種行之有效的方法。