黃勁松團隊頂刊Science力作

NSCD 2個月前 (06-04) 737瀏覽

【導讀】

隨著鈣鈦礦太陽能電池研究的高速發展，鈣鈦礦太陽能電池效率，特別是小型、單結n-i-p鈣鈦礦太陽能電池的效率已逐漸逼近單晶硅太陽能電池。然而，具有制備工藝簡單、遲滯效應小等優勢的p-i-n鈣鈦礦太陽能電池及其模組的效率卻仍不盡人意。

【成果掠影】

近日，美國北卡羅萊納大學的黃勁松團隊在Science上發表了新的研究論文，通過在空穴傳輸層（HTL）引入鉛離子螯合分子（LCMs），有效地抑制了非晶態鈣鈦礦在HTL附近的生成，從而全方位地提升了p-i-n鈣鈦礦太陽能電池及其小型模組的性能。與頂層界面相比，鈣鈦礦和HTL間的界面的優化受到諸多限制，該埋藏界面的結晶性差等問題是限制p-i-n鈣鈦礦太陽能電池的主要瓶頸。為解決這一問題，作者將LCMs（本文選取了2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉，BCP作為演示）與HTL混合，利用LCMs與鉛離子間的強螯合作用有效抑制了鈣鈦礦非晶相的生成。為明確LCMs對鈣鈦礦與HTL間界面的優化作用，作者首先利用穩態和瞬態光譜測試了界面優化后鈣鈦礦發光的量子效率和發光壽命。結果表明，經LCMs優化的樣品的發光量子效率提升至參比樣品的1.7倍，發光壽命從195 ns延長至452 ns，表明LCMs的加入有效減少了缺陷的生成。為進一步明確LCMs的加入具體抑制哪中缺陷的生成，作者將DFT計算和SEM分析結合，明確了LCMs的加入主要減少了非晶相的生成。最后，作者制備了基于LCMs優化后的鈣鈦礦太陽能電池和迷你模組。最佳器件具有25.5 mA/cm²的短路電流，1.17 V的開路電壓,高達0.825的填充系數和24.6%光電轉換效率。此外，器件的穩定性也大幅提升，T₉₀時間由1890小時提升至3010小時。同樣值得強調的是，LCMs的加入大幅提升了鈣鈦礦薄膜的均勻性，從而顯著增強了鈣鈦礦太陽能電池模組的性能。

相關研究文章以“Lead-chelating hole-transport layers for efficient and stable perovskite minimodules”為題發表在Science上。