一、武漢大學(xué)【導(dǎo)讀】
過去十年中，今日有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料（ABX3）已成為光伏技術(shù)中吸光材料有前途的材料選擇。為了實現(xiàn)單結(jié)太陽能電池的武漢大學(xué)窄帶隙（NBG），以及全鈣鈦礦串聯(lián)的今日子電池，在 1.1~1.4 eV的材料范圍內(nèi)，鉛（Pb）和錫（Sn）可以在B位金屬離子中合金化。武漢大學(xué)然而，今日由于Sn的材料易氧化性，制備高效穩(wěn)定的武漢大學(xué)NBG錫鉛（Sn-Pb）鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致p型自摻雜、今日載流子壽命短和器件性能下降。材料為了解決這個問題，武漢大學(xué)研究者已經(jīng)提出了各種策略，今日包括在器件制造過程中使用多種添加劑，材料以提高混合Sn-Pb PSC的性能，通過優(yōu)化NBG混合Sn-Pb亞電池和寬帶隙（WBG）子電池，實現(xiàn)了全鈣鈦礦串聯(lián)電池的創(chuàng)紀(jì)錄性能。然而，單結(jié)Sn-Pb PSC的性能仍有很大提高的空間，這最終決定了全鈣鈦礦串聯(lián)的上限。
二、【成果掠影】
在此，武漢大學(xué)方國家教授和柯維俊教授等人（共同通訊作者）聚焦窄禁帶亞電池，并為它們開發(fā)了一種多合一的摻雜策略。具體來說，作者將天冬氨酸（AspCl）引入底部聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸酯）和塊狀鈣鈦礦層，然后進(jìn)行AspCl后處理。結(jié)果表明，單一的AspCl添加劑可以有效地鈍化缺陷，降低Sn4+雜質(zhì)和費米能級的偏移。此外，AspCl-Sn/Pb碘化物和AspCl-AspCl的強(qiáng)分子鍵可以增強(qiáng)Sn-Pb鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)，從而提高其穩(wěn)定性。最終，在Sn-Pb鈣鈦礦太陽能電池中AspCl摻雜后，單結(jié)電池的功率轉(zhuǎn)換效率為22.46%，串聯(lián)電池的功率轉(zhuǎn)換效率為27.84%（27.62%穩(wěn)定，27.34%認(rèn)證），在裝滿氮氣手套箱儲存2000小時后保持率為95%。這些結(jié)果表明，多合一AspCl摻雜是提高單結(jié)Sn-Pb鈣鈦礦太陽能電池及其串聯(lián)器件效率和穩(wěn)定性的有利策略。
相關(guān)研究成果以“Aspartate all-in-one doping strategy enables efficient all-perovskite tandems”為題發(fā)表在Nature上。
三、【核心創(chuàng)新點】
1.單一的AspCl添加劑可以有效地鈍化缺陷，降低Sn4+雜質(zhì)和費米能級的偏移。同時，AspCl-Sn/Pb碘化物和AspCl-AspCl的強(qiáng)分子鍵可以增強(qiáng)Sn-Pb鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)，從而提高其穩(wěn)定性。
2.在Sn-Pb鈣鈦礦太陽能電池中AspCl摻雜后，單結(jié)電池的功率轉(zhuǎn)換效率為22.46%，串聯(lián)電池的功率轉(zhuǎn)換效率為27.84%（27.62%穩(wěn)定，27.34%認(rèn)證），在裝滿氮氣手套箱儲存2000小時后保持率為95%。
四、【數(shù)據(jù)概覽】
圖1 NBG Sn-Pb鈣鈦礦中AspCl的制備及機(jī)理? 2023 Springer Nature
圖2 NBG Sn-Pb鈣鈦礦薄膜的表征? 2023 Springer Nature
圖3 單結(jié)NBG Sn-Pb PSC的性能? 2023 Springer Nature
圖4 2T全鈣鈦礦疊層太陽能電池的性能? 2023 Springer Nature
五、【成果啟示】
綜上所述，本文開發(fā)了一種Sn-Pb PSCs的多合一摻雜方法，將手性天冬氨酸（AspCl）分子摻入底部聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸酯）PEDOT：PSS（PEDOT）、中間鈣鈦礦吸光層（Bulk）和頂部封蓋層（POST）中。Cl-陰離子抑制碘空位的形成，氨基與I-配位減少陷阱狀態(tài)并抑制碘離子遷移，羧基與Pb、Sn離子配位，抑制鈣鈦礦分解。此外，在鈣鈦礦薄膜和鈣鈦礦/底孔傳輸層（HTL）和鈣鈦礦/頂蓋層的界面中，兩個AspCl分子中的氨基和羧基可以通過分子間氫鍵相互結(jié)合。因此，這種AspCl摻雜策略為鈣鈦礦創(chuàng)造了一個內(nèi)部分子鎖，可以有效地鈍化表面缺陷，提高器件穩(wěn)定性。
文獻(xiàn)鏈接：“Aspartate all-in-one doping strategy enables efficient all-perovskite tandems”（Nature，2023，10.1038/s41586-023-06707-z）
本文由材料人CYM編譯供稿。
