最新Science：原子层沉积技术在钙钛矿太阳能电池中沉积锡氧化物（SnOx）以提高其长期稳定性的研究

 

钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其高效率和低成本而受到关注，但长期稳定性是其商业化的主要挑战。环境因素如湿度、氧气、温度变化和光照会降低电池性能和寿命。

 

研究者Gao等人通过共沉积钙钛矿和空穴选择性接触，同时保护钙钛矿，实现了在不使用富勒烯的情况下沉积SnOx/Ag。通过ALD技术制备的SnOx作为耐用的无机电子传输层。

 

通过调整SnOx层中的氧空位缺陷，实现了超过25%的功率转换效率（PCE）。

 

通过第三方认证，钙钛矿太阳能电池展现出比传统p-i-n PSCs更好的稳定性，钙钛矿太阳能电池的T97寿命超过1000小时，在65°C下模拟AM1.5照明条件下连续操作2000小时后，PCE保持在95%以上。

钙钛矿太阳能电池的结构和性能

PSC的结构为玻璃/ITO/活性层/钝化层/SnOx/Ag的简单堆叠。其中活性层由特定成分组成，ETL SnOx通过ALD沉积在活性层上。

 

钙钛矿太阳能电池的结构和详细性能数据，说明通过原子层沉积技术优化SnOx层对提高电池性能的重要性。通过调整ALD过程中的参数，研究者能够显著提高钙钛矿太阳能电池的功率转换效率和稳定性。

SnOx中间层对钙钛矿太阳能电池性能的影响

深入探讨了SnOx中间层对钙钛矿太阳能电池性能的影响。实验数据显示，通过调整SnOx中间层中氧空位的浓度，可以减少非辐射复合和能量损失，从而提高电池的效率和稳定性。理论计算进一步支持了实验观察，表明氧空位的形成和PDINN缓冲层的引入有助于优化载流子的提取和传输，从而提高电池性能。

钙钛矿太阳能电池的稳定性测试

展示了在65°C条件下，封装和未封装的SnOx基钙钛矿太阳能电池在连续1-sun照明下的稳定性表现。

 

SnOx基钙钛矿太阳能电池显示出超过初始PCE 95%的优异稳定性，经过2000小时的连续操作（T95 ≥ 2000小时）。

 

第三方机构进行的稳定性测试也证实了，在连续操作1000小时后，设备保持了超过97%的初始PCE。

 

热循环测试：

 

展示了钙钛矿太阳能电池在热循环测试下的性能变化，测试条件为-40°C至85°C的黑暗环境中。SnOx基钙钛矿太阳能电池在800个热循环后平均衰减约为4.7%，而对照组电池在同一条件下平均效率下降了28.1%。

 

SnOx层不仅提高了电池的效率，还显著增强了其稳定性，特别是在防止碘离子扩散和热循环测试中的表现。测试结果证明了SnOx层在保护钙钛矿材料免受环境影响方面起到了关键作用，这对于提高钙钛矿太阳能电池的商业化潜力至关重要。

SnOx基钙钛矿太阳能电池在不同环境条件下的稳定性测试

ISOS-D-1稳定性测试：展示了设备在室内黑暗条件下储存的效率变化。SnOx基钙钛矿太阳能电池无论是封装还是未封装，都显示出几乎无性能衰减，维持了超过99.1%的初始功率转换效率（PCE）达2000小时。

 

对照组电池（传统p-i-n结构）未封装时性能衰减明显，而封装后的对照组电池维持了98.9%的初始PCE。

 

ISOS-D-3稳定性测试：展示了钙钛矿太阳能电池在高温高湿条件下（85°C和85%相对湿度）的效率变化。未封装的SnOx基钙钛矿太阳能电池在1000小时后显示出小于3.0%的衰减，而封装后的SnOx基钙钛矿太阳能电池衰减进一步降低到2.1%。

 

对照组电池在相同条件下封装设备衰减超过16.4%，表明仅外部封装不足以抵抗极端环境的影响。

 

ISOS-LC-1稳定性测试：展示了钙钛矿太阳能电池在室内环境下进行的光照开关稳定性测试，测试条件为12小时光照和12小时黑暗的循环。未封装的SnOx基钙钛矿太阳能电池在42个循环后PCE衰减了2.5%，而封装的对照组电池衰减了9.7%。 ISOS-O-1户外老化测试：展示了钙钛矿太阳能电池在户外条件下储存的效率变化，设备处于开路状态。未封装的SnOx基钙钛矿太阳能电池在户外环境50天后仅衰减了1.1%，而封装的对照组电池衰减了4.8%。

 

通过一系列标准化的环境稳定性测试，全面评估了SnOx基钙钛矿太阳能电池在不同环境条件下的性能保持情况。测试结果表明，SnOx层不仅提高了电池的效率，还显著增强了其在各种环境条件下的稳定性，包括热循环、室内储存、高温高湿、光照开关循环以及户外老化。这些测试结果进一步证实了SnOx层在保护钙钛矿材料免受环境影响方面起到了关键作用，为钙钛矿太阳能电池的商业化提供了重要的参考数据。

 

 

 

美能MPPT多通道电池测试系统，采用A+AA+级LED太阳光模拟器作为老化光源，以其先进的技术和多功能设计，为钙钛矿太阳能电池的研究提供了强有力的支持。

 

• 光源等级：A+AA+，光谱匹配度A+级，均匀性A级，长时间稳定性A+级

 

• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）

 

• 光强可调节:0.2sun, 0.5sun, 1sun, 1.5sun，4个档位

 

功率独立可控：300-400nm/400-750nm/750-1200nm

美能热循环环境试验箱

 

美能热循环环境模拟试验，可以验证评估钙钛矿太阳能电池的可靠性和稳定性，并通过热疲劳诱导失效模式，早期识别制造缺陷。

 

• 满足标准：IEC61215-MQT11（热循环试验）；IEC61730-MST51（温度循环试验）

 

• 升降温速率：-40℃~+85℃，线性0~3.3℃/min可调

 

• 平均耗电量：≤100 KW·h（TC200单个循环耗电量）

 

温度范围：-50℃ ～ +150℃

美能高低温湿冻环境试验箱

 

美能高低温湿冻环境试验箱凭借其智能节能控制、精确温湿度调节和符合国际标准的测试方法，展示了其在太阳能组件测试中的卓越性能。这一设备不仅确保了测试的准确性，还提高了产品质量，降低了能耗和运营成本。

 

• 满足标准：IEC61215-MQT12（湿冻试验）；IEC61730-MST52（湿冷冻试验）

 

• 具备抗疲劳能力

 

• 具备抗湿气渗透能力

 

SnOx基钙钛矿太阳能电池在一系列严格的稳定性测试中表现出色，无论是在连续操作、热循环、还是不同环境条件下，这些电池都显示出了优异的耐久性，为实现更可靠和经济的太阳能解决方案提供了有力的技术支持。美能光伏可提供一系列环境试验箱：热循环试验箱、紫外老化试验箱、高低温湿冻环境试验箱等，模拟钙钛矿太阳能电池在不同条件下的环境温度、湿度、紫外光照等变化，以评估电池性能是否符合要求。

 

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