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點亮鈣鈦礦太陽能電池高效穩(wěn)定之光:河南大學(xué)李萌團(tuán)隊的多點協(xié)同鈍化策略

來源: 北京卓立漢光儀器有限公司    2025年01月08日 10:30  

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。

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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)計功能化鈍化劑,對于抑制非輻射復(fù)合,增強器件的效率和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

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

針對上述問題,課題組選擇了一種具有多個活性位點的有機小分子(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%。在氮氣環(huán)境中儲存2000小時后,該器件保持了其初始效率的95%。總體而言,這項工作突出了鈣鈦礦中多位點協(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)過多活性位點的有機小分子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。顯微鏡后端擴展CCD光譜儀實現(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)移機理研究等、量子點探針等領(lǐng)域。

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