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Matter:郑州大学张懿强/李鹏伟、中国科学院化学所宋延林团队提出精细化调控准二维钙钛矿相组成的通用方法

已有 642 次阅读 2024-6-28 09:16 |系统分类:博客资讯

2024年6月26日,郑州大学张懿强教授、李鹏伟副研究员和中国科学院化学所宋延林研究员团队Matter期刊上发表题为“Governing the dispersion of quasi-2D perovskite phases toward efficient and stable perovskite solar cells”的最新研究成果,报道了一种精细化调控准二维(2D)钙钛矿薄膜相组成的通用方法。论文通讯作者是宋延林研究员、张懿强教授和李鹏伟副研究员;第一作者是博士生彭思慧


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溶液处理的准2D钙钛矿薄膜受到不可控的成分异质性的影响,导致多个量子阱(MQWs)宽度分布,这阻碍了载流子的传输,并增加了非辐射复合的可能性。值得注意的是,其中的低n值钙钛矿相(n ≤ 2)具有较大的带隙,阻碍了长波长光的吸收,且容易作为载流子复合中心,导致不必要的非辐射复合损失,显著降低器件光转换效率。因此,抑制低n相以实现窄相组成是增强准2D钙钛矿电荷转移特性的关键方法,目前高效和通用的策略以及深入的机理探索仍然缺乏。


在这项工作中,该团队开发了一种简单而通用的方法,显著降低准2D钙钛矿薄膜中的相多分散性(特别是低n相和类3D钙钛矿相),有效提高了室温下的薄膜质量,并在其他不同类型的准2D钙钛矿薄膜中均呈现出显著的调控作用。该工作通过密度泛函理论(DFT)计算和薄膜结晶过程的分析,揭示了乙酸(AcOH)调控相组成的动力学过程和机理。AcOH和铅离子的配位改变了反应路径,有效降低了结晶早期准二维钙钛矿相的多分散性,导致准2D钙钛矿薄膜的相分布集中。所得太阳能电池实现了19.05%的光电转换效率(PCE),是准2D甲胺(MA)基太阳能电池领域报道的最高PCE值之一(n ≤ 5)。更重要的是,未封装的相调控器件表现出出色的长期稳定性,10000小时后仍能保持其初始PCE的90%以上,并在500小时后在最大功率点的连续照明跟踪下保持超过80%的效率。


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图1:准2D钙钛矿薄膜的相组成。


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图2:准2D钙钛矿薄膜相位调控机理。


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图3:准2D钙钛矿薄膜的形貌和取向性。


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图4:载流子传输性能。


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图5:准2D钙钛矿器件光伏性能及稳定性。


这种方便的相位调控策略有助于促进准2D钙钛矿的带隙调节、薄膜成核控制和载流子传输性能优化等方向的深入研究。


相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.05.047



编辑 |余 荷

排版|王大雪

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