【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】氧化錫(SnO2)是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)中極具潛力的電子傳輸層(ETL)材料，但其溶液法制備的薄膜常存在固有缺陷，易導(dǎo)致非輻射復(fù)合，限制器件性能并阻礙商業(yè)化應(yīng)用。引入添加劑是降低ETL缺陷、提升載流子傳輸性能的有效策略，而深入理解其在埋底界面處的具體作用機(jī)制，對(duì)材料理性設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。
近日，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院光源科學(xué)中心研究人員成功將鄰苯二甲酸氫鉀(KHP)作為多功能添加劑引入SnO2電子傳輸層，以同步改變ETL性質(zhì)和SnO2/鈣鈦礦埋底界面。相關(guān)研究成果以 “Passivation Engineering at Buried Interface Enables Efficient and Stable Perovskite Solar Cells” 為題，發(fā)表在期刊 Chemical Engineering Journal 上。
研究發(fā)現(xiàn)，KHP中的羧基與SnO2配位，有效抑制了缺陷態(tài)的形成，優(yōu)化了能級(jí)排列，并提高了電導(dǎo)率和載流子傳輸能力。此外，KHP在ETL中均勻分布，并在熱退火過程中逐漸擴(kuò)散至埋底界面和鈣鈦礦層，進(jìn)一步與未配位的Pb²?離子配位，降低鈣鈦礦的表面及體相缺陷密度，緩解薄膜內(nèi)部應(yīng)力。經(jīng)KHP改性后的鈣鈦礦器件的開路電壓(VOC)和填充因子(FF)得到顯著提升，功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)從23.0%提高到25.7%(活性面積0.08 cm2)，同時(shí)器件的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性得到顯著增強(qiáng)。
圖1 (a) SnO2和SnO2- KHP膠體的DLS圖；(b) ITO/SnO2和SnO2- KHP /Ag結(jié)構(gòu)器件的暗態(tài)I-V特性曲線；(c-d)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率圖。
本研究提出了一種簡(jiǎn)單、低成本的摻雜策略，通過協(xié)同抑制缺陷與提升載流子傳輸能力，成功制備出高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。該策略為鈣鈦礦光伏ETL的改性設(shè)計(jì)提供了新思路。本研究的第一作者是上海應(yīng)用物理研究所博士生梁振燁，通訊作者為復(fù)旦大學(xué)楊迎國(guó)教授、中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院田晨工程師、冀曉霏助理研究員與李麗娜研究員。該工作得到了中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院二氧化碳光子科學(xué)建制化研究中心、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃、上海市自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院中央級(jí)科研事業(yè)單位改善科研條件專項(xiàng)-科研裝備項(xiàng)目以及上海市市級(jí)科技重大專項(xiàng)的資助。
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