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    AM:配体调控过量PbI2助力高效稳定钙钛矿太阳能

    发布时间:2020-06-20 18:26编辑:来源:机械点击:1297

      过量的碘化铅(PbI2)可以减少钙钛矿薄膜卤化物空位并提升载流子寿命。因此,钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cell, PSC)通常使用过量的PbI2作为一种缺陷钝化材料来提升器件效率。然而,PbI2是一把双刃剑。过量的PbI2通常分布在钙钛矿薄膜上下表面,并在表面形成能垒,阻碍电荷纵向传输。此外,PbI2受光激发产生的电荷集聚会诱导钙钛矿薄膜的降解。因此,合理控制PbI2的含量和分布对器件效率和稳定性至关重要。

      南开大学光电子薄膜器件与技术研究所罗景山课题组联合多家合作单位在配体工程调控纳米晶形貌的启发下,开发了一种配体调控技术来调节钙钛矿薄膜中过量PbI2的形貌和分布。研究者尝试了一系列的配体作用于钙钛矿薄膜的制备过程,并对其工艺和浓度的影响进行了系统性的探索,成功使得过量的PbI2以纳米片的形式垂直分布在钙钛矿薄膜晶界处。既钝化了晶界缺陷,又避免了对电荷纵向传输的阻碍,有效利用了PbI2的优势并避免了其劣势。一系列材料和器件表征技术(SEM, CL mapping, PL, SCLC, EIS等),验证了过量的PbI2纳米片在钙钛矿薄膜晶界处的垂直分布,及其降低钙钛矿薄膜陷阱密度和延长载流子寿命的作用。当使用合适浓度的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为配体时,器件的光电转换效率从20%提高到22%。此外,得益于钙钛矿薄膜载流子迁移率的提升和引入表面配体的疏水性,获得调控的器件在空气环境、氮气手套箱和连续光照下的稳定性均有明显提高。

      研究者相信,广泛的配体对钙钛矿薄膜中多种组分的形貌和界面具有显著的调控作用,这为使用具有特殊官能团的配体进一步提高钙钛矿器件的性能指明了新的方向。相关结果以“Ligand‐Modulated Excess PbI2Nanosheets for Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells”为题发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202000865)上。




      钙钛矿太阳能电池