北極星太陽能光伏網訊:如今，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率迅速增長，具有廣泛的應用前景。在諸多鈣鈦礦體系中，混合陽離子（MA/FA/Cs）鈣鈦礦電池因其擁有較好的效率、穩定性和結晶形貌而受到廣泛研究。然而，當使用易揮發和不穩定的MA離子時，器件的熱穩定性會受到影響。無甲胺的碘化鉛甲脒（FAPbI3）的鈣鈦礦因其擁有合適的禁帶寬度，較寬的光譜響應和出色的熱穩定性，有望用於製備高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池。然而，由於較大的FA離子半徑，室溫下傾向於形成不具有光學活性的δ-FAPbI3相。為了解決這一問題，人們將部分FA用半徑更小的Cs離子替代，通過將配合物的容限係數調整到適當的範圍來提高α-FAPbI3的相穩定性。除此之外，還有採用2D/3D鈣鈦礦異質結構來鈍化缺陷修飾鈣鈦礦薄膜以進一步提高FA基鈣鈦礦器件性能。例如phenylethylammonium iodide，n-butylammonium，N-(3-aminopropyl)-2-pyrrolidinone和5-ammoniumvaleric acid iodide的使用。因此，使用小分子添加劑來改善鈣鈦礦薄膜結構性能是一種行之有效的辦法。
成果簡介
華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室薛啟帆副研究員和葉軒立教授團隊使用了一種新型的鈣鈦礦小分子添加劑β-guanidinopropionic acid，在薄膜中形成2D/3D異質結結構修飾無甲胺鈣鈦礦器件，鈍化鈣鈦礦薄膜表面缺陷，通過抑制電荷載流子非輻射複合和提高載流子抽取效率，減小器件的能量損失。結果表明，經過β-GUA修飾的鈣鈦礦器件效率高達22.2%（認證效率21.5%），主要提升來源於開路電壓（Voc）的增加（從1.01 V提升至1.14 V）。此外，工作穩定性也得到了顯著提高，在65 ℃下，400小時的最大功率點追蹤後依然維持初始效率的88%。這是目前效率最高的無甲胺鈣鈦礦器件之一。
研究表明，2D/3D相被包含在3D鈣鈦礦相間並與呈face-on方向排列且n=1的2D鈣鈦礦相的晶格緊密相連。2D/3D混合相嵌入在3D鈣鈦礦的晶界處，並分布在薄膜厚度的一半。β-GUA分子上的氨基和羰基能作為Lewis鹼與鈣鈦礦中的不飽和鉛離子配位，鈍化材料表面的深能級缺陷，通過抑制電荷的非輻射複合與提高載流子抽取效率，減少器件能量損失。此外，β-GUA分子間較強的相互作用使得鈣鈦礦薄膜形成的準2D結構更穩定，從而提升器件在大氣氛圍和工作條件下的穩定性。
這一成果近期發表在Advanced Materials上，文章的第一作者是華南理工大學碩士研究生姚欽。
原標題:華南理工大學葉軒立教授AM:梯度2D/3D鈣鈦礦異質結構助力高效穩定無甲胺鈣鈦礦太陽能電池
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