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任何光伏（PV）技術的商業化都需要保證產品的壽命，對于傳統的晶體硅（c-Si）模塊來說，壽命至少為25至30年。光伏技術的生命周期預測通常通過標準化的加速降解測試來實現。在演示了鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的卓越功率轉換效率（PCE）后，PSC進入市場的主要挑戰是成功通過國際電工委員會的標準工業壽命評估測試（IEC 61215:2016），特別是85°C和85%相對濕度（RH）的濕熱測試。像商用c-Si太陽能電池（PCE~20%）一樣運行穩定的PCE需要通過>1000小時的濕熱測試，PCE絕對損耗<5%。

封裝PSC的降解通常是由容器中的泄漏（允許大氣成分與鈣鈦礦相互作用）和與設備相關的材料不穩定造成的。為了解決這個問題，開發了無泄漏設備包裝，使用真空層壓封裝劑和丁基橡膠邊緣密封，將鈣鈦礦密封在兩塊玻璃片中。盡管如此，對封裝控制裝置的濕熱測試導致快速降解，這意味著鈣鈦礦吸收層本身固有的熱不穩定性。

三維（3D）鈣鈦礦薄膜用作PSC中的光活性吸收層，其不穩定性主要歸因于高缺陷密度以及晶界和界面上的離子遷移，在更高的工作溫度下加劇。據報道，有幾種方法可以鈍化這些缺陷。具體而言，在3D鈣鈦礦頂部表面生長的二維（2D）鈣鈦礦層會產生2D/3D鈣鈦礦異質結，可以有效地鈍化表面缺陷并抑制離子遷移。

阿卜杜拉國王科技大學Stefaan De Wolf教授團隊在Science上發表文章，Damp heat–stable perovskite solar cells with tailored-dimensionality 2D/3D heterojunctions，實現了具有可調2D/3D異質結的對濕熱穩定鈣鈦礦太陽能電池。

這里，作者發現，在倒置PSC的電子選擇界面上調節2D鈣鈦礦碎片的維度（n）對于通過2D鈣鈦礦鈍化層實現高效的頂接觸鈍化至關重要。作者通過應用油胺碘（OLAI）分子形成Ruddlesden-Popper相二維鈣鈦礦層，對3D鈣鈦礦的表面缺陷進行了后處理，通過將退火條件從低溫調整到高溫，調節了二維鈣鈦礦碎片的維度n（這也決定了它們的光學和電子性能），因為高n的層具有較低的形成能。

作者對二維鈣鈦礦鈍化處理PSC進行了一套嚴格的穩定性測試。事實證明，二維鈣鈦礦鈍化同時充當離子遷移阻滯、水分/氧進入屏障和缺陷鈍化層，特別是在高溫下。該方法提高了PCE，并延長了倒置PSC的穩定性。

由此產生的倒置PSC提供24.3%的PCE，并在潮濕熱測試條件下>1000小時后保留>95%，從而滿足光伏模塊的關鍵工業穩定性標準之一。

圖文詳情

圖1. 通過調整退火條件來控制二維鈣鈦礦結構的尺寸

圖2. 含有或不含2D二維鈣鈦礦鈍化的鈣鈦礦薄膜的光學表征和高能排列

圖3. 2D/3D鈣鈦礦異質結的器件性能和穩定性

原文鏈接

Damp heat–stable perovskite solar cells with tailored-dimensionality 2D/3D heterojunctions. Science.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm5784

原創文章，作者：v-suan，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/15/78b577832a/

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