大佬的“废话”就是idea,听完回去发一篇Nature Energy,果然氮气中封装比较好

Idea来源

留给钙钛矿太阳能电池的大文章不多了,最近钙钛矿的顶刊频率降下来了,因为钙钛矿电池效率已经达到了25.5%,距离理论效率31%没多少空间了。

那么,2021年10月18日,慕尼黑工业大学的PeterMüller-buschbaum教授等人为何还能发Nature Energy1?这个期刊可是非常看重Newport的认证效率的,毕竟期刊的影响因子摆在那里了,达到了60分,超过了Nature主刊。除了效率,还有idea,好的idea永不过时!
大佬的“废话”就是idea,听完回去发一篇Nature Energy,果然氮气中封装比较好
第一作者是郭任君,他意识到气氛对电池稳定性影响可能是巨大的,文献也支持这种猜测,然后他询问了领域内的大佬2Eugene Katz教授和Mark Khenkin博士,他们说真空中器件衰减会快很多,但具体机理不清楚。(一般导师只关心效率的话,就觉得他们说的是废话)
国际有机光伏稳定峰会协议(ISOS)建议钙钛矿电池封装在真空或者氮气氛围下进行,结合大佬说真空衰减快,那么氮气封装是不是最佳选择?

上装备,发Nature Energy

实验对比的条件很明确了:真空和氮气环境

实验对比的参数:稳定性
核心手段:原位同步辐射光照老化实验,如下图,大手笔啊,原位GIWAXS+光照电池测试,顶级实验了!
大佬的“废话”就是idea,听完回去发一篇Nature Energy,果然氮气中封装比较好
实验结果:真空条件下,存在光诱导的相偏析、晶格收缩和形貌变化;在氮气条件下,太阳能电池运行过程中只出现晶格收缩,器件稳定性更好。(果然氮气中封装比较好)
如图1:这是他们测试的电池样品,MAFA混合I和Br钙钛矿组分,效率为20%。
大佬的“废话”就是idea,听完回去发一篇Nature Energy,果然氮气中封装比较好
图1
如图2:原位GIWAXS光照测试,发现真空条件下会有相分离、晶格收缩等产生,混合组分的取向分部不均是相分离的主要原因。
大佬的“废话”就是idea,听完回去发一篇Nature Energy,果然氮气中封装比较好
图2
如图3:GISAXS表征发现真空中出现钙钛矿小晶粒破碎的现象,而氮气中不会。这是因为氮气吸附在钙钛矿表面是吸热过程,降低了晶界能,使钙钛矿晶粒稳定,并维持整个系统的平衡的状态。
大佬的“废话”就是idea,听完回去发一篇Nature Energy,果然氮气中封装比较好
图3

对行业影响

硅太阳能电池常用的封装仪器是层压机,层压机工作时除了提供压力还要进行抽真空使得封装膜和电池面板接触良好,防止气泡产生。

大佬的“废话”就是idea,听完回去发一篇Nature Energy,果然氮气中封装比较好
图:层压机
这篇Nature Energy之后,钙钛矿太阳能电池行业选择封装设备的时候,需要慎重考虑传统的层压机了,毕竟抽真空封装对钙钛矿不是好事!

参考资料

1. Nat. Energy 6, 977–986 (2021). https://doi.org/10.1038/s41560-021-00912-8

2. https://mp.weixin.qq.com/s/P0bsbLqnOLtitni5fOc5Ag

3. Khenkin, M. V. et al. Consensus statement for stability assessment and reporting for perovskite photovoltaics based on ISOS procedures. Nat. Energy 5, 35–49 (2020).

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