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中山大學池振國、張藝課題組Small:二次結晶與表面鈍化助力高效穩定鈣鈦礦太陽能電池
發布時間: 2021-06-10 09:25 | 【 【打印】【關閉】

  

  有機無機雜化鈣鈦礦具有優異的光電性能,如缺陷容忍度高、吸光性能好、制備方法簡單等,在太陽能電池領域大放異彩,使得鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率在十多年間從3.8%提高到25.0%甚至更高。然而,有機無機雜化鈣鈦礦的缺陷特別是表面缺陷仍然制約著鈣鈦礦電池光電轉換效率的進一步提高,所引起的鈣鈦礦不穩定性也是阻礙鈣鈦礦太陽能電池商業化發展的一個不容忽視的因素。針對這個問題,通常的界面優化方法可以大致歸為兩類:一是表面鈍化,二是二次結晶。一般而言,表面鈍化通過引入鈍化分子,可以對鈣鈦礦表面進行修飾和鈍化,阻隔水氧,抑制鈣鈦礦的分解,從而提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率,延長使用壽命。但是,表面鈍化對改善鈣鈦礦結晶的作用則十分有限。二次結晶是利用某些方法讓鈣鈦礦結晶度提高的后處理技術,可以有效消除先前未參與結晶的組分,提高鈣鈦礦太陽能電池的穩定性。盡管如此,二次結晶仍受限于鈣鈦礦本身的性能,難以達到因引入鈍化分子而產生表面鈍化帶來的多樣化效果。

  為此,中山大學池振國、張藝課題組將表面鈍化與二次結晶相結合,設計出新型的含氰基乙酸的D-A型表面鈍化劑(CA-D-A)。此表面鈍化劑處理鈣鈦礦表面后,能夠實現二次結晶效果,同時兼具表面鈍化性能,從而提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和穩定性。相關結果在線發表在Small上。

  該研究團隊合理設計的分子結構,是達到結合表面鈍化與二次結晶目標的關鍵。作者通過選擇利用氰基乙酸基團的不同互補陽離子,可以實現不同的二次結晶效果,其中甲胺陽離子的效果最佳,得到的鈣鈦礦表面晶體結晶程度最高。同時,由于氰基乙酸中含有的羰基可以與欠配位的Pb2+發生路易斯酸堿相互作用,能夠產生良好的表面鈍化效果。另外,也得益于分子的D-A結構,經過處理的鈣鈦礦表面能級結構與空穴傳輸層更加匹配,電荷抽取效率更高。綜合以上因素,經過CA-D-A修飾的MAPbI3基太陽能電池的光電轉換效率得到提高,穩定性也得到明顯改善。該工作對鈣鈦礦太陽能電池的界面處理提供了一種新的策略,有望進一步提升鈣鈦礦太陽能電池的性能,推動鈣鈦礦太陽能電池技術的發展。

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  論文信息:

  An Effective Strategy of Combining Surface Passivation and Secondary Grain Growth for Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells 

  Dongyu Ma, Wenlang Li, Xiaojie Chen, Zhan Yang, Juan Zhao*, Zhiyong Yang, Yi Zhang*, Zhenguo Chi*

  DOI: 10.1002/smll.202100678

  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202100678

  文章來源:materialsviewschina

  文章鏈接:https://www.materialsviewschina.com/2021/06/54726/

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