高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池表面缺陷的多點(diǎn)協(xié)同鈍化

近期，河南大學(xué)納米科學(xué)與材料工程學(xué)院李萌課題組在鉛鹵化物鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“ Multi-point collaborative passivation of surface defects for efficient and stable perovskite solar cells”為題，以Research Article形式在國際頂級期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Function Materials）上發(fā)表。

鉛鹵化物鈣鈦礦太陽能電池具有優(yōu)異的光伏性能，然而鈣鈦礦中的固有缺陷（鉛碘反位和碘空位）會導(dǎo)致非輻射復(fù)合，降低鈣鈦礦器件的效率和穩(wěn)定性。消除這些固有缺陷對于實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池至關(guān)重要。鈍化劑在減少鈣鈦礦薄膜缺陷，提升器件效率和穩(wěn)定性方面有巨大潛力。合理的設(shè)計(jì)功能化鈍化劑，對于抑制非輻射復(fù)合，增強(qiáng)器件的效率和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

圖1a. M4作用示意圖；b.器件結(jié)構(gòu)；c.2000小時(shí)的穩(wěn)定性

針對上述問題，課題組選擇了一種具有多個(gè)活性位點(diǎn)的有機(jī)小分子（4,7-溴-5,6-氟-2,1,3-苯丙噻二唑）M4來鈍化鉛碘反位缺陷和碘空位缺陷。我們發(fā)現(xiàn)，M4中的溴（Br）和氟（F）基團(tuán)可以與鉛（Pb）相互作用，糾正晶格畸變并鈍化碘空位（VI）缺陷和PbI缺陷。硫（S）基團(tuán)與碘協(xié)調(diào)，減少I-I二聚體并鈍化IPb缺陷。經(jīng)過M4優(yōu)化后的器件效率達(dá)到了25.1%。在氮?dú)猸h(huán)境中儲存2000小時(shí)后，該器件保持了其初始效率的95%?？傮w而言，這項(xiàng)工作突出了鈣鈦礦中多位點(diǎn)協(xié)同鈍化的優(yōu)勢，并為鈣鈦礦鈍化策略提供了一種新方法。

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本文中經(jīng)過多活性位點(diǎn)的有機(jī)小分子M4鈍化前后的鈣鈦礦薄膜PL mapping采用卓立漢光公司的OmniFluo-FLIM測試得到。該系統(tǒng)基于科研級的正置顯微鏡搭建，樣品定位精度<1um。內(nèi)部光學(xué)元件可以支持多路激光耦合。顯微鏡后端擴(kuò)展CCD光譜儀實(shí)現(xiàn)快速的PL Mapping。OmniFluo-FLIM可以應(yīng)用在鈣鈦礦太陽能電池成膜質(zhì)量、半導(dǎo)體材料檢測、鈣鈦礦太陽能電池成膜質(zhì)量及缺陷研究、熒光共振能量轉(zhuǎn)移機(jī)理研究等、量子點(diǎn)探針等領(lǐng)域。

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