獨闢蹊徑!南洋理工發現重水在鈣鈦礦太陽能電池中的妙用

北極星太陽能光伏網訊:導讀：南洋理工大學研究人員獨闢蹊徑，選用從未在鈣鈦礦研究中涉及到的D2O作為添加劑處理後，器件效率從19.2%提升到20.8%。這項發現提供了一種新穎且簡便的方法來控制和改善滷化物鈣鈦礦器件的光電性能。

有機無機滷化鈣鈦礦光伏電池的研究這幾年素來火熱，光學器件不斷刷新效率。但是，控制電荷載流子陷阱密度這一制約高效器件發展的因素方面，目前的主流方法是控制組分以及調控薄膜形貌，在早期有機太陽能電池中報導以添加劑的引入能有效且簡單的調整器件的形貌，從而改善鈣鈦礦器件的缺陷問題，提升器件的效率及穩定性。

近日，南洋理工大學的Ankur Solanki以H2O的引入為添加劑為基礎，同時選用了從未在鈣鈦礦研究中涉及到的D2O，而當濃度為1 vol%的添加劑處理後，器件效率從19.2%提升到20.8%，通過形貌研究能觀察到D2O能成功的鈍化鈣鈦礦表面缺陷，且膜沒有任何明顯的形貌變化，載流子的動力學也都發生了改變，為鈣鈦礦薄膜的研究提供了一種簡明易懂操作的方法，文章以題目』 Heavy WaterAdditive in Formainium: A Novel Approach to Enhance Perovskite Solar CellEfficiency』於4月30日發表在頂刊Advanced Materials上。

研究者同時引入FA,MA製備了三組分陽離子鈣鈦礦溶液，隨後將不同濃度的D2O按體積比加入溶液之中，以兩步法旋塗流程旋塗製備鈣鈦礦，在抗溶劑處理後退火製備光電器件，在測試過程中發現，加入1 vol%的D2O時光電參數填充因子與短路電流密度均有所增加，在對薄膜探究光致發光特性與紅外光譜等計算後，探究其改善器件效率的本質，鈣鈦礦的前驅體在主體溶劑中的溶解度增加而改善了薄膜質量，並且能夠更好的控制薄膜的生長與組成，D2O使得鈣鈦礦中陽離子的氘化導致了PbI6的聲子頻率降低，影響到其載流子遷移率與載流子的散射。

圖1.分別加入H2O或D2O後製備的薄膜器件光電特性差異

圖2.對分別加入H2O或D2O添加劑的薄膜進行光致發光測試螢光壽命，載流子密度與擴散距離

圖3.對比了標準器件與氚代樣品的計算紅外光譜，與聲子色散曲線

總的來說，研究人員以D2O作為添加劑製備的鈣鈦礦太陽能電池，有著接近21%的光電轉換效率並且具有良好的穩定性及可忽略的J-V曲線滯後現象。隨著添加劑濃度的增加，在1vol%下器件性能與螢光壽命顯著提升，同時能注意到電荷載流子的擴散長度也相應降低氘化的FA鈣鈦礦晶格中PBI6的聲子頻率，有助於穩定PBI6結構並削弱電子聲子耦合，從而減少了電荷載流子的散射。這項發現提供了一種新穎且簡便的方法來控制和改善滷化物鈣鈦礦器件的光電性能。(文:kirin)

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