趙婉亙/劉生忠Adv. Mater.: 極性化合物調控介電系數實現高效CsPbI3太陽能電池

• 【導讀】

鈣鈦礦太陽能電池是近年來研究的熱點，其效率在短短幾年間實現了大幅增長。然而，由于鈣鈦礦晶體形成能較低，因此材料內部容易形成空位、間隙離子、反位離子等缺陷。這些缺陷不僅會加速載流子的非輻射弛豫也是造成鈣鈦礦相變和分解的主要原因。雖然對鈣鈦礦材料中缺陷的種類已有較為廣泛的研究，但是針對不同缺陷對載流子的俘獲能力的研究仍處于起步階段。

• 【成果掠影】

近日，陜西師范大學趙婉亙/劉生忠團隊在Advanced Materials發表了新的研究論文，通過深能級瞬態光譜系統的研究了CsPbI₃鈣鈦礦太陽能電池中的缺陷能級、類型以及對載流子的俘獲能力并提出了F^-離子鈍化提升器件性能和穩定性的策略。該研究表明，在CsPbI₃太陽能電池中，缺陷主要是Pb²⁺和I^-離子的反位缺陷和間隙Pb²⁺離子。通過引入F^-離子，在晶體表面形成具有永久偶極矩的氟化物鈍化層，提升了鈣鈦礦薄膜的介電系數進而抑制了缺陷對載流子的俘獲。同時，利用氟化物層的疏水性還能起到隔絕水汽的作用從而提升了器件的穩定性。經氟化物改性后，器件效率和填充系數分別達到20.5%和82.87%并具有良好的穩定性。

相關研究文章以“Polar Species for Effective Dielectric Regulation to Achieve High-Performance CsPbI₃?Solar Cells”為題發表在Advanced Materials上。

• 【核心創新點】

(1) 系統的研究了不同缺陷對載流子的俘獲能力。

(2) 構建具有永久偶極的氟化物層，提升鈣鈦礦薄膜的介電系數，從而抑制缺陷對載流子的俘獲。

• 【數據概覽】

圖1. 氟化處理前后鈣鈦礦薄膜的介電和缺陷性質??2022?Wiley-VCH GmbH

圖2. 形成表面極性鈍化層后鈣鈦礦薄膜的性質??2022?Wiley-VCH GmbH

圖3. 缺陷性質表征和載流子遷移性??2022?Wiley-VCH GmbH

圖4. 器件光伏性能和穩定性表征 ?2022 Wiley-VCH GmbH

圖5. 載流子輸運動力學 ?2022?Wiley-VCH GmbH

• 【成果啟示】

綜上，通過改變鈣鈦礦薄膜的介電響應，減弱缺陷和載流子間的庫侖相互作用，可以進一步提升對載流子的抽取，為獲得高性能鈣鈦礦太陽能電池提供了新的思路。

文章鏈接：Polar Species for Effective Dielectric Regulation to Achieve High-Performance CsPbI₃?Solar Cells. Adv. Mater,?2022, https://doi.org/10.1002/adma.202202735.