武漢理工童金輝Sci Adv：29.01%！WBG全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池中的缺陷鈍化與結(jié)晶調(diào)控

主要內(nèi)容

基于碘溴（I - Br）混合鹵化物的寬禁帶（WBG；>1.65電子伏特）鈣鈦礦，是鈣鈦礦基疊層太陽(yáng)能電池（TSCs）的關(guān)鍵活性層材料。然而，富溴（Br）物種的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)難以控制，往往會(huì)導(dǎo)致寬禁帶鈣鈦礦薄膜出現(xiàn)晶粒尺寸減小、缺陷密度升高等問(wèn)題。在此情形下，武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室童金輝研究員和湖南師范大學(xué)翟亞新教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，引入了一種多功能添加劑——3,4,5 - 三氟苯甲酰胺（TFBZ）。該添加劑旨在增強(qiáng)無(wú)甲銨（MA）的寬禁帶鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶性，并鈍化其缺陷。

與苯甲酰胺相比，TFBZ展現(xiàn)出更突出的缺陷鈍化能力，它能夠借助氟元素增強(qiáng)的相互作用，有效減少碘空位和欠配位Pb2?引起的缺陷。此外，TFBZ中的氟取代基還能與碘化甲脒形成N–H···F氫鍵，進(jìn)而減緩鈣鈦礦的結(jié)晶速率。該團(tuán)隊(duì)提出的這種方法，對(duì)于1.67電子伏特和1.79電子伏特的無(wú)甲銨寬禁帶鈣鈦礦，均能有效實(shí)現(xiàn)缺陷鈍化和晶體生長(zhǎng)調(diào)控，從而成功制造出無(wú)甲銨的全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了令人鼓舞的29.01%（認(rèn)證效率為28.52%）。

總之，為突破無(wú)甲銨（MA）寬禁帶（WBG）鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）結(jié)晶性差和缺陷密度高的瓶頸，童金輝研究員和翟亞新教授團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)了多功能添加劑——3,4,5 - 三氟苯甲酰胺（TFBZ）。TFBZ中的氟原子在強(qiáng)化鈣鈦礦缺陷位點(diǎn)與TFBZ中甲酰胺基團(tuán)形成的化學(xué)鍵方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其缺陷鈍化效果顯著優(yōu)于苯甲酰胺（BZD）。同時(shí)，氟原子還可作為氫鍵受體，與甲脒碘（FAI）相互作用形成N–H···F氫鍵，進(jìn)一步減緩鈣鈦礦的結(jié)晶速率。TFBZ中氟原子與甲酰胺基團(tuán)的協(xié)同作用，能夠生成晶粒尺寸大、缺陷密度低的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。

這一方法對(duì)帶隙分別為1.67電子伏特和1.79電子伏特的無(wú)甲銨寬禁帶鈣鈦礦太陽(yáng)能電池均具有廣泛的適用性?；谠摲椒ㄖ苽涞钠骷?，分別實(shí)現(xiàn)了22.78%和20.21%的顯著光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），同時(shí)表現(xiàn)出更優(yōu)異的運(yùn)行穩(wěn)定性。更令人矚目的是，通過(guò)將高效的1.79電子伏特?zé)o甲銨寬禁帶鈣鈦礦與1.25電子伏特?zé)o甲銨窄禁帶（NBG）鈣鈦礦相結(jié)合，該團(tuán)隊(duì)成功制備出無(wú)甲銨雙端全鈣鈦礦疊層器件，其光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)29.01%，成果斐然且意義重大。

綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)充分凸顯了童金輝研究員和翟亞新教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)有針對(duì)性地設(shè)計(jì)添加劑中的功能基團(tuán)來(lái)強(qiáng)化化學(xué)相互作用這一方法的有效性。該方法可同時(shí)提高無(wú)甲銨寬禁帶鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶性并降低其缺陷密度，最終實(shí)現(xiàn)了高性能單結(jié)無(wú)甲銨寬禁帶鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，以及光電轉(zhuǎn)換效率提升且具有長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性的全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池。

文獻(xiàn)信息

Defect passivation and crystallization modulation in methylammonium-free wide-bandgap perovskites for all-perovskite tandem solar cells

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adv4501

- 產(chǎn)品咨詢及購(gòu)買請(qǐng)聯(lián)系我們 -?