研究揭示了提高钙钛矿太阳能电池效率的方法
太阳能是人类应对持续的能源危机和气候变化的最佳选择之一。随着太阳能电池板成为一种有吸引力的能源解决方案，无论是在露天田野还是在城市地区的屋顶上，科学家们都在努力推进现有的光伏技术，并在可持续性方面取得新的高度。虽然正在研究多种类型的光伏材料，但钙钛矿无疑是最有前途的材料之一，因为它们具有低成本生产和更高效率的潜力。尤其是锡卤化物钙钛矿 (Sn-HP)，它是性能极佳的铅 (Pb) 基钙钛矿的有力替代品。鉴于 Sn 对环境的毒性远低于 Pb，对 Sn-HP 的研究是值得的。不幸的是，由 Sn-HP 制成的钙钛矿太阳能电池(PSC) 仍面临一些需要解决的挑战。
具体而言，生产过程中快速且无序的结晶会导致钙钛矿层晶体结构中形成缺陷，从而影响转换效率。此外，Sn-HP 的稳定性较低，对水分和环境条件高度敏感，限制了由其制成的 PSC 的整体寿命。
然而，现在，来自韩国的一个研究小组可能已经找到了解决这些问题的优雅而有效的方法。他们的研究最近发表在《先进能源材料》上，由中央大学副教授 Dong-Won Kang 领导。在这项研究中，该团队发现，在生产 Sn-HP 的过程中引入 4-苯基硫脲 (4PTSC) 作为添加剂可以提高 PSC 的性能。
通过对常规 Sn-HP PSC 和含有所提出的添加剂的 PSC 进行广泛的分析和实验比较，研究人员展示了 4PTSC 作为添加剂的多种功能。
Kang 解释说：“我们特意选择了一种多功能分子，它可以充当配位化合物和还原剂，钝化缺陷形成并提高稳定性。”但这意味着什么呢？
由于4PTSC作为配位配体，可以有效调控晶体生长过程。一方面，4PTSC分子中的π共轭苯环促进了晶体的择优生长取向，最大程度地减少了缺陷的形成。有趣的是，4PTSC还通过4PTSC与SnI 2的化学配位钝化了任何形成的缺陷。
反过来，这可以保护钙钛矿表面，防止未配位的 Sn 2+和卤素离子参与不必要的反应。此外，4PTSC 中的–NH 2亲核位点进一步阻碍了 SnI 2氧化和离子迁移，从而提高了 PSC 的稳定性。
得益于这种强大的添加剂，研究人员能够生产出性能空前的 PSC。“4PTSC 改性器件的峰值效率达到 12.22%，开路电压增强至 0.94 V，并表现出卓越的长期稳定性，在没有任何封装的情况下，即使在 500 小时后仍能保持几乎 100% 的初始功率转换效率，在环境条件下 1200 小时后仍能保持约 80% 的初始功率转换效率。这与在前 300 小时内在对照器件中观察到的明显退化不同，”Kang 强调道。
鉴于 Sn-HP 的制造成本相对较低，且性能良好、耐用性强，这项研究的结果可能为更易获得、使用寿命更长的太阳能电池板铺平道路。反过来，这可以帮助降低普通民众的能源成本，同时符合当前的可持续发展目标。
Kang 总结道：“解决 Sn-HP 面临的关键挑战并显著提高其性能符合我们致力于开发高效、可持续的可再生能源解决方案的目标，从而推动绿色技术的发展并促进可持续的未来。”
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