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钙钛矿太阳能电池光电转换效率提高与稳定有效方法

更新时间:2021-7-9 16:32:13 浏览量:

中国科学院福建物质结构研究所功能纳米结构设计与组装/福建省纳米材料重点实验室研究员高鹏将路易斯碱官能团与质子官能团于聚芳香共轭分子上进行组合,得到纯路易斯碱体系分子9CN-PMI与路易斯碱/质子体系分子4OH-NMI,并将其引入到钙钛矿前驱体溶液中,制备出钝化之后的钙钛矿薄膜与器件。

研究还发现,4OH-NMI与9CN-PMI的加入可以提高钙钛矿前驱体溶液的粘度,从而显著增加钙钛矿膜的厚度以实现更高的光收集效率。4OH-NMI钝化后的钙钛矿电池效率达23.7%,且表现出优异的稳定性。相关研究成果发表在Advanced Materials上。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008405

对两种不同类型分子的表征对比显示,具有路易斯碱/聚芳香共轭/质子结构的分子4OH-NMI可起到更优异的化学钝化(Chemical passivation)作用,其所拥有的C=O/-OH官能团体系能够有效钝化正负电荷缺陷与铅团簇,钝化剂的-OH可以通过氢键与I-相互作用,从而促进C=O基团与反位Pb2+缺陷的相互结合,使钝化效果最大化。理论计算与稳定性测试证明,4OH-NMI具有更加显著的能带钝化(Energetic passivation)作用,即钝化分子产生良性的中间能隙态,该能隙态位于O2产生的电子陷阱态之上,能够抢在O2之前捕获钙钛矿上的光激发电子,避免超氧离子的形成,进而提高钙钛矿器件的稳定性。此外,


a)钙钛矿中4OH-NMI不同的化学钝化功能及相应的缺陷。b)前驱体溶液中4OH-NMI增加了膜的黏度,膜厚度增加,质量提高。