博文
效率22.41%的平面钙钛矿电池：无溴/无钝化层/高结晶/低温制备策略
精选
|
Low‑Temperature Aging Provides 22% Efficient Bromine‑Free and Passivation Layer‑Free Planar Perovskite Solar Cells
Nano‑Micro Lett.(2020) 12:84 https://doi.org/10.1007/s40820‑020‑00418‑0 图1(a)为低温老化生长(LTAG)制备钙钛矿薄膜FAMAPbI3的流程示意图,其关键步骤是将有机铵盐与碘化铅反应的中间态薄膜，先在一定的低温下老化，然后再将其转移到空气中高温退火。图1(b)和图1(c)是不同老化温度下，中间相FAI-MAI-PbI2-DMSO的XRD和FITR图谱，结果表明：低温老化过程可以抑制β相钙钛矿，促进高结晶性α相钙钛矿的生长。图1(c)是不同老化温度条件下，最后高温退火得到FAMAPbI3薄膜的XRD图。这表明低温老化生长策略因为更好的保存中间相，能有效促进中间相向α相的转变，最终副产物碘化铅的含量显著降低。 II 钙钛矿薄膜形貌表征 从表面和截面SEM图可以看出，传统方法得到的钙钛矿薄膜表面存在过量的碘化铅晶粒，而低温老化生长的钙钛矿薄膜表面，PbI2含量显著降低，钙钛矿平均晶粒变大，在老化温度为30℃时，PbI2含量最低，晶粒大小从606 nm增长到870 nm。 III 电池光伏性能分析 图3是钙钛矿电池的光伏性能表征。在制备不含溴FAMAPbI3太阳能电池中，引入低温老化策略能够显著提升钙钛矿电池的光电转化效率，同时减小器件的迟滞效应。随着老化温度的增加，钙钛矿电池效率先增大后小，在老化温度为30℃时，器件效率从原本的19.75%提升至22.41%，在最大功率点的稳态效率高达21.43%。同时因为低温老化生长高质量不含溴钙钛矿薄膜FAMAPbI3的高重复性，钙钛矿器件也呈现较好的效率分布。 IV 钙钛矿-空穴层界面电荷行为研究 图(4)(5)是有无低温老化生长策略下钙钛矿薄膜和器件的界面电荷动力学研究。引入低温老化生长策略后，钙钛矿薄膜的荧光强度变强，载流子寿命变长，复合电阻增大，同时根据SCLC测试结果，界面处的缺陷态密度也降低了，这表明基于低温老化生长的钙钛矿-空穴层界面处的载流子复合变少。基于低温老化生长的钙钛矿薄膜，显著了降低PbI2在表面的含量，碘化铅与钙钛矿晶粒之间的电势差变小，这说明电荷在界面传输的势垒变小，因而提高了界面电荷从钙钛矿到空穴层的有效分离，这也增大了器件的开路电压至1.12V，电池转换效率提升到22%以上。 图4. (a)稳态荧光图，(b)瞬态荧光图，(c)交流阻抗图，(d)SCLC曲线。 陈俊超 特别研究员 本文通讯作者 上海交通大学 材料科学与工程学院 主要从事太阳能电池、柔性电子器件、与纳米材料的相关研究，透过有机、钙钛矿、与金属氧化物为主的半导体材料来制备轻量、柔性、可透光的薄膜电子元件,应用于可穿戴式装置。 邓林龙 副教授 本文通讯作者 厦门大学 萨本栋微米纳米科学技术研究院 ▍Email: denglinlong@xmu.edu.cn Zheng-Hong Lu Professor 本文通讯作者 University of Toronto Department of Materials Science and Engineering 撰稿：原文作者 E-mail：editorial_office@nmletters.org
https://blog.sciencenet.cn/blog-3411509-1236471.html
上一篇：韩国Zhuiykov教授：基于纳米仿生全氧化物异质结构的光响应痛觉感受器
下一篇：印度Ramadoss教授综述：超级电池的机理，材料选择和性能评估
