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)，因為它們的輸出取決于先前的輸入而非其即時狀態(tài)，從而影響了預(yù)測性能的準(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)對電池的氧化錫(SnO2)層進行化學(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最常見的難題。

研究成果

該團隊運用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%。他們在接近最大功率點的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)化效率遠遠低于經(jīng)過修飾的新設(shè)計。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表面用不同方式進行處理時，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發(fā)生變化，而這些因素已確定會誘發(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。