武漢大學 物理科學與技術學院柯維俊團隊最新發(fā)表研究，這項研究的主要成就包括：
效率提升：通過使用氧氨基酸鉀鹽（OAPS）作為添加劑，研究人員成功提高了錫鉛混合窄帶隙鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的功率轉換效率（PCE），達到了22.04%。
穩(wěn)定性改善：OAPS的引入顯著改善了鈣鈦礦薄膜的穩(wěn)定性，未封裝的設備在氮氣環(huán)境中儲存3072小時后仍保持了91%的初始PCE。
全鈣鈦礦串聯太陽能電池（TSCs）的性能：研究還展示了OAPS在全鈣鈦礦串聯太陽能電池中的應用，其中兩端和四端的配置分別達到了27.17%和28.31%的效率。
簡便的方法：OAPS的引入提供了一種簡便的方法來優(yōu)化鈣鈦礦太陽能電池的性能，有助于推動該技術的商業(yè)化和實際應用。
其中觀點包含：
1.創(chuàng)新的添加劑：OAPS作為一種新型的多功能添加劑，其在鈣鈦礦太陽能電池中的應用是一個創(chuàng)新的研究方向。
2.解決錫離子氧化問題：研究提出了一種有效方法來解決錫離子的氧化問題，這是錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池中的一個主要挑戰(zhàn)。
3.實驗結果：研究提供了有力的實驗數據，證明了OAPS在提高效率和穩(wěn)定性方面的有效性，對鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展具有重要意義。
4.潛在的商業(yè)應用：由于OAPS能夠顯著提升鈣鈦礦太陽能電池的性能，這項研究對尋求提高太陽能電池效率和穩(wěn)定性的商業(yè)應用具有吸引力。
在這項研究之前，錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）發(fā)展的主要難題是錫離子的氧化問題。錫的二價態(tài)（Sn2+）容易自發(fā)氧化成四價態(tài)（Sn4+），這會導致電池效率下降，因為Sn4+雜質會損害鈣鈦礦薄膜的質量。此外，這種氧化過程還會影響電池的穩(wěn)定性和壽命。因此，如何有效抑制Sn2+的氧化并去除Sn4+雜質，是提高錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池性能和穩(wěn)定性的關鍵挑戰(zhàn)。
這項研究通過引入一種稱為氧氨基酸鉀鹽（OAPS）的多功能添加劑來解決錫離子氧化的問題。OAPS能夠有效捕捉四價錫（Sn4+）雜質，從而抑制二價錫（Sn2+）的氧化過程。該添加劑通過其功能性氨基酸基團與Sn4+雜質發(fā)生強相互作用，減少缺陷，改善鈣鈦礦薄膜的質量，并提高錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性。通過這種方法，研究人員成功提高了錫鉛混合窄帶隙鈣鈦礦太陽能電池的功率轉換效率，并改善了其在氮氣環(huán)境中的儲存穩(wěn)定性。
c. EQE曲線：外量子效率（EQE）曲線顯示目標樣品在光譜范圍內的光電轉換效率高于對照樣品。
這項研究提出了一種稱為氧氨基酸鉀鹽（OAPS）的多功能添加劑，用于解決錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池中錫離子的氧化問題。在實驗過程中，研究人員采取了以下步驟：
合成Sn-Pb混合NBG鈣鈦礦薄膜：研究人員合成了成分為FA0.7MA0.3Pb0.5Sn0.5I3的錫鉛混合窄帶隙鈣鈦礦薄膜，作為光吸收層。
OAPS的引入：在鈣鈦礦前驅體溶液中加入OAPS，以捕捉Sn4+雜質并抑制Sn2+的氧化。
薄膜的制備和表征：制備了含OAPS和不含OAPS的鈣鈦礦薄膜，并通過掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線光電子能譜（XPS）等技術對薄膜進行表征，以評估OAPS的效果。
器件的制備和性能評估：制備了含OAPS和不含OAPS的單結錫鉛PSCs，并評估了它們的性能，包括功率轉換效率（PCE）和穩(wěn)定性。
優(yōu)化OAPS的濃度：為了確定OAPS在錫鉛鈣鈦礦器件中的最佳濃度，研究人員制備了多個單結錫鉛PSCs，并評估了它們在不同OAPS濃度下的性能。
全鈣鈦礦串聯太陽能電池的制備和性能評估：使用含OAPS的錫鉛窄帶隙PSCs作為子電池，制備了全鈣鈦礦串聯太陽能電池，并評估了其性能。
這些步驟展示了研究人員如何系統(tǒng)地引入和評估OAPS在錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池中的效果，從而提高其效率和穩(wěn)定性。
研究團隊通過一系列表征技術來佐證他們的成果，這些技術包括：
掃描電子顯微鏡（SEM）：用于觀察鈣鈦礦薄膜的表面形態(tài)和結構，以評估OAPS對薄膜質量的影響。
X射線光電子能譜（XPS）：用于分析薄膜的化學組成和元素的化學態(tài)，特別是錫離子的價態(tài)，以證明OAPS對抑制Sn2+氧化的效果。
紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）：用于測量薄膜的光吸收特性，以評估OAPS對薄膜光學性質的影響。
光致發(fā)光（PL）光譜：用于研究薄膜的激發(fā)和發(fā)光特性，了解OAPS對薄膜缺陷密度的影響。
時間分辨光致發(fā)光（TRPL）：用于測量激發(fā)態(tài)載流子的壽命，進一步了解OAPS對薄膜質量的影響。
X射線衍射（XRD）：用于分析薄膜的晶體結構和對應的晶體質量。
電流-電壓（J-V）測量：用于評估太陽能電池的性能參數，如開路電壓（Voc）、短路電流密度（Jsc）、填充因子（FF）和功率轉換效率（PCE）。
熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性測試：用于評估含OAPS的鈣鈦礦太陽能電池在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性。
這些表征技術幫助研究團隊全面理解OAPS在錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池中的作用機制，并證實了OAPS對提高電池效率和穩(wěn)定性的有效性。
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這圖顯示了D18:2BO_ARC有機太陽能電池的電流密度-電壓（J-V）曲線。圖中提供了以下關鍵性能參數：
開路電壓（VOC）= 0.938 V
短路電流密度（JSC）= 26.8 mA/cm2
填充因子（FF）= 75.6%
光電轉換效率（PCE）= 19.1%
這些數據通常是使用Enlitech的SS-X50太陽模擬器進行測量的，用于評估太陽能電池的性能。
這張圖（Figure S11）顯示了兩種有機太陽能電池材料（D18和D18:2BO）的外部量子效率（EQE）光譜。圖中展示了在不同波長下的EQE百分比，并標示了最大吸收波長（λmax）。這些數據通常是使用Enlitech的QE-R太陽能電池光譜響應測量系統(tǒng)獲得的，用于分析材料的光電轉換效率和能隙。
這張圖（Figure S12）顯示了D18和D18:2BO在低光子能量區(qū)域的外部量子效率（EQEFTPS）光譜。圖中展示了不同能量下的EQE百分比，并標示了兩種材料的能隙尾（Eu），分別為0.039 eV和0.036 eV。此數據通常是使用Enlitech的光譜響應測量系統(tǒng)獲得的，用于分析材料的光電特性和能隙尾。
2端子全鈣鈦礦串聯太陽能電池（TSC）的研究結果：
a. 裝置結構：顯示了2端子全鈣鈦礦TSC的層狀結構，包括NBG和WBG鈣鈦礦層。
b. 橫截面SEM圖像：展示了電池的橫截面結構，顯示各層的厚度和排列。
c. J-V曲線：顯示了正向和反向掃描的電流密度-電壓特性，表現出良好的一致性。
d. EQE曲線：顯示了WBG和NBG子電池的外量子效率（EQE），分別為15.99和15.28 mA/cm2。
e. 穩(wěn)態(tài)功率輸出：2端子串聯太陽能電池的穩(wěn)態(tài)PCE為27.1%。
這些結果證明了2端子全鈣鈦礦TSC的高效率和穩(wěn)定性。
研究成果的結論如下：
效率提升：通過在錫鉛混合窄帶隙鈣鈦礦太陽能電池中引入氧氨基酸鉀鹽（OAPS），研究人員成功提高了功率
穩(wěn)定性改善：OAPS的添加顯著提高了鈣鈦礦薄膜的穩(wěn)定性，未經封裝的設備在氮氣環(huán)境中存儲3072小時后，仍保持了91%的初始PCE。
全鈣鈦礦串聯太陽能電池的性能：研究還展示了OAPS在全鈣鈦礦串聯太陽能電池中的應用，其中雙端子和四端子配置的效率分別達到了27.17%和28.31%。
簡便的方法：OAPS的引入提供了一種簡便有效的方法來優(yōu)化鈣鈦礦太陽能電池的性能，有助于推動該技術的商業(yè)化和實際應用。
科學嚴謹性：研究團隊通過實驗的重復性、多種表征技術、對照實驗、數據共享、同行評審和公開發(fā)表等方式，確保了研究的科學嚴謹性和可重復性。
總之，該研究提供了一種有效方法，解決了錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池中的錫離子氧化問題，并通過OAPS的添加顯著提高了電池的效率和穩(wěn)定性。
SS-X 可以提供穩(wěn)定和連續(xù)的輻照度來照射被測太陽能電池，避免由于這些太陽能電池響應時間慢而導致的表征錯誤。
QE-R 量子效率系統(tǒng)是一款可提供電池 EQE 的光伏電池測試儀。 系統(tǒng)被 500 多個優(yōu)秀光伏研究實驗室采用，近 10 年發(fā)表 SCI 論文 1000 余篇，包括 Nature、Science、Joule、Advanced Materials 等多家旗艦期刊。IPCE、IQE 和光譜響應數據準確快速。 QE-R 量子效率系統(tǒng)提供的量子效率信息通常被光伏研究人員用來說明和研究器件設計、器件性能、工藝改進、材料帶隙、雜質或陷阱。
文獻參考自ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS_DOI: 10.1002/adfm.202412458
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