...學院團隊在綠色反溶劑抑制非輻射複合實現高效鈣鈦礦太陽能電池...

2020-12-06 中國青年報

清華新聞網8月18日電 近日，清華-伯克利深圳學院康飛宇教授、韋國丹助理教授聯合中國科學院深圳先進技術研究所李江宇教授和華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室朱旭輝教授，在材料領域國際頂刊《先進材料》（Advanced Materials）上發表題為「通過綠色反溶劑工程抑制缺陷誘導的非輻射複合以實現高效鈣鈦礦太陽能電池」（Suppressing Defects-Induced Non-Radiative Recombination for Efficient Perovskite Solar Cells through Green Anti-Solvent Engineering）的研究論文，報導了採用綠色反溶劑處理獲得的高質量鈣鈦礦膜，抑制缺陷誘導的非輻射複合，從而實現高效的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）。

由於其具有可調控帶隙、低激子結合能、高載流子遷移率和長載流子擴散長度，有機-無機雜化鈣鈦礦（Perovskite）受到了廣泛的關注。有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其高效率和低成本得到越來越多的研究。為了進一步改善PSCs的效率，本課題前期在成分工程（RSC Adv.,2019, 9, 30534–30540）、能級工程（ACS Energy Lett.2019, 4, 2491 2499）、形貌優化（IEEE 46th PVSC,2019, 1195-1199）等方面做了大量工作。然而傳統的一步溶液加工法所製備的鈣鈦礦薄膜通常易遭受由缺陷引起的非輻射複合，這嚴重阻礙了器件性能的提高。反溶劑工程已被證明可有效地調節晶體成核和晶粒長大，但是，實現高效的器件所需要的反溶劑的量很大，而且更嚴重的是，其中大多數反溶劑都是有毒的，如致癌溶劑氯苯和甲苯。顯然，毒性與綠色化學的工業發展理念相悖，這已成為實現低成本溶液法大面積生產的主要障礙。

通過使用溶解在乙醇（Eth）的MABr（MABr-Eth）作為綠色反溶劑處理的鈣鈦礦薄膜，既增加晶粒尺寸以及鈣鈦礦的結晶度，又可以鈍化表面缺陷；再者，MABr可與由乙醇洗滌分解Cs0.15FA0.85PbI3生成的PbI2反應，避免鈣鈦礦損失，增強光的吸收。此情況下，製備的反式平面異質結器件ITO/PTAA/Cs0.15FA0.85PbI3/PC61BM/Phen-NADPO/Ag的最佳能量轉換效率（PCE）為21.53%。此外，相應的PSCs具有更好的存儲和光穩定性。

圖1 鈣鈦礦薄膜在光照與黑暗條件下的c-AFM研究

圖2 鈣鈦礦太陽能電池的器件結構、能級對齊、J-V曲線及其他電學方面的表徵

圖3 鈣鈦礦薄膜飛秒瞬態吸收光譜和可能的激子捕獲和複合過程

清華-伯克利深圳學院韋國丹助理教授與中國科學院深圳先進技術研究所李江宇教授為本文的共同通訊作者。清華-伯克利深圳學院博士後徐文戰為本文的第一作者。該研究得到深圳市發展改革委、深圳市科技創新委員會、國家博士後科學基金、廣東省自然科學基金的資助。

論文連結：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202003965

來源：清華新聞網

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