【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因其廉價的材料成本、易于制備大面積器件以及較高的光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點受到了廣泛關(guān)注。SnO2具有高透過率、高電子遷移率、適宜的能級、良好的紫外輻照穩(wěn)定性和易于低溫加工等特點，是目前n-i-p型PSCs電池常用的電子傳輸材料。然而，其體相和表面的缺陷(氧空位(VO)、懸空羥基(-OH)和不飽和配位金屬原子)容易引起載流子累積和非輻射復(fù)合損失。此外，鈣鈦礦中金屬、鹵素和有機離子的配位不足也會引起界面化學(xué)反應(yīng)，使得器件的效率和穩(wěn)定性惡化。因此，對PSCs埋底界面的優(yōu)化是實現(xiàn)其高效率和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。然而，由于埋底界面的非暴露特性，對其進(jìn)行研究和優(yōu)化具有一定的挑戰(zhàn)性。
鑒于此，上海高等研究院魯林峰團(tuán)隊助理研究員冀曉霏開發(fā)了一種簡單有效的策略，通過在SnO2納米顆粒中加入草酸甲脒(FOA)來同時抑制SnO2體相和表面缺陷以及鈣鈦礦埋底界面處FA+/Pb2+相關(guān)缺陷，實現(xiàn)有效的靶向缺陷鈍化。研究成果以“Target Therapy for Buried Interfacial Engineering Enables Stable Perovskite Solar Cells with 25.05% Efficiency”為題發(fā)表在Advanced Materials上。
研究發(fā)現(xiàn)，甲脒離子和草酸根離子在SnO2層中均呈縱向梯度分布，主要聚集在SnO2/鈣鈦礦埋底界面處，調(diào)節(jié)鈣鈦礦的晶體生長，降低體相及界面缺陷，改善鈣鈦礦和SnO2之間的能級匹配。結(jié)果表明，F(xiàn)OA處理后的PSCs能量轉(zhuǎn)換效率從22.40%提高到25.05%，PSCs的存儲穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性也顯著提升。
圖1 FOA調(diào)節(jié)鈣鈦礦晶體生長，改善界面能級匹配及降低界面缺陷的示意圖
該研究為靶向治療埋底界面缺陷，改善PSCs性能提供了一種有效途徑。論文的第一作者為高研院助理研究員冀曉霏和香港城市大學(xué)博士研究生畢樂雨，論文的通訊作者為南方科技大學(xué)郭旭崗教授，香港城市大學(xué)Alex Jen教授和付強博士。該研究得到國家自然科學(xué)基金，廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大專項，深圳市科技創(chuàng)新委員會及山西省科技廳的支持。
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