【導(dǎo)讀】

反式（p-i-n）鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其可低溫加工性極大地降低了制備成本。隊(duì)S電池鈍化此外，反式反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有更加優(yōu)秀的鈣鈦穩(wěn)定性，因此是礦太實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池商業(yè)應(yīng)用的一條有潛力的策略。然而反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池較低的新策效率一直是制約反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化的瓶頸。如何提升反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的略材料牛效率是目前研究的熱點(diǎn)。

【成果掠影】

近日，隊(duì)S電池鈍化加拿大多倫多大學(xué)的反式Edward H. Sargent教授團(tuán)隊(duì)在Science上發(fā)表了新的研究論文，提出了兩種功能分子配合實(shí)現(xiàn)對(duì)界面缺陷鈍化的鈣鈦方法，有效降低了載流子在界面處的礦太損失，并將少數(shù)載流子反射到本體中，新策從而大幅提升了反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的略材料牛效率。在本文中，隊(duì)S電池鈍化作者首先指明了在反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中鈣鈦礦表面和與C₆₀界面處的反式載流子的非輻射損失是限制反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率的瓶頸，并指出常用的鈣鈦單一鈍化分子難以同時(shí)降低表面和界面處的載流子非輻射損失。為解決這一問(wèn)題，作者提出選用兩種不同的鈍化分子，分別起到排斥空穴（場(chǎng)效應(yīng)鈍化）和降低鈣鈦礦表面缺陷密度（化學(xué)鈍化）的作用。通過(guò)計(jì)算，作者篩選出了二胺配體和經(jīng)硫修飾的甲硫基分子作為鈍化分子。引入二胺配體，利用其對(duì)少數(shù)載流子的排斥作用所建立的的場(chǎng)效應(yīng)鈍化效應(yīng)降低接觸引發(fā)的界面復(fù)合。同時(shí)，硫修飾的甲硫基分子的加入可以有效鈍化界面缺陷。利用該分子的強(qiáng)配位和氫鍵有效抑制了載流子的非輻射弛豫。使用這種雙分子鈍化策略，作者成功將載流子壽命延長(zhǎng)了至少五倍，并將發(fā)光量子效率損失降低30%。采用此鈍化策略大幅提升了反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率，獲得了25.1%的認(rèn)證光電轉(zhuǎn)換效率且在空氣中65^?oC下可以穩(wěn)定工作至少2000小時(shí)。相關(guān)研究文章以“Bimolecularly passivated interface enables efficient and stable inverted perovskite solar cells”為題發(fā)表在Science上。

【核心創(chuàng)新點(diǎn)】

通過(guò)兩種功能分子的界面鈍化，抑制了界面處的載流子的非輻射復(fù)合從而顯著提升了反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率 .

【數(shù)據(jù)概覽】

圖1 對(duì)鈣鈦礦/ETL（電子傳輸層）界面的鈍化??2023 AAAS

圖2 甲硫基對(duì)鈣鈦礦表面的鈍化作用??2023 AAAS

圖3 ?DMDP (diammonium-methylthio dual Passivation) 的工作原理??2023 AAAS

圖4 器件表現(xiàn)和穩(wěn)定性測(cè)試??2023 AAAS

【成果啟示】

本項(xiàng)研究為進(jìn)一步推動(dòng)反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)應(yīng)用提供了新的思路。該種策略也為提升鈣鈦礦器件如發(fā)光二極管、光電探測(cè)器的效率提供了有益的借鑒。

原文詳情：Cheng Liu, Yi Yang, Hao Chen, Jian Xu, Ao Liu, Abdulaziz S. R. Bati, Huihui Zhu, Luke Grater, Shreyash Sudhakar Hadke, Chuying Huang, Vinod K. Sangwan, Tong Cai, Donghoon Shin, Lin X. Chen, Mark C. Hersam, Chad A. Mirkin, Bin Chen, Mercouri G. Kanatzidis, Edward H. Sargent, Bimolecularly passivated interface enables efficient and stable inverted perovskite solar cells,?Science, 2023, 382, 810-815

DOI: 10.1126/science.adk1633

本文由NSCD供稿。 ???