斯威本科技大學Adv. Energy. Mater.：光照觸發混合鹵素鈣鈦礦鉀摻雜的鈍化機制

【引言】

鉀摻雜是抑制回滯和提高鈣鈦礦太陽能電池性能穩定性的有效途徑，但具體的鈍化機制仍然不清楚。理解該物理機制對于進一步提高鈣鈦礦太陽電池的性能和優化結構具有重要意義。

【成果簡介】

斯威本科技大學Centre of Translational Atomaterials的文小明－賈寶華課題組在Advanced?Energy?Materials上發表了題為：“Triggering the Passivation Effect of Potassium Doping in Mixed‐Cation Mixed‐Halide Perovskite by Light Illumination”的文章,?DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.201901016。文章第一作者為鄭飛博士和陳偉健博士，通信作者為賈寶華教授和文小明博士。利用顯微-時間分辨光譜等多種技術， 研究了在偏光照射下，比對鉀摻雜和無鉀摻雜的混合陽離子鈣鈦礦的光致發光特性和器件性能，將鉀摻雜鈍化太陽能電池的載流子動態物理過程進行了顯微和可視化。結果表明，偏光照射對于觸發鉀摻雜的鈍化效應至關重要： 在偏光照射的過程中，鉀摻雜的鈣鈦礦發光效率提高、發光壽命增長；結合掃描透射電子顯微鏡圖像， 證明了鉀摻雜在光照觸發下在鈣鈦礦中形成K-Br類化合物，從而消除了界面捕獲缺陷和抑制了離子遷移，從而提高了器件的效率和穩定性，并且可以減小回滯。這項工作提供了對鉀摻雜，抑制回滯的新見解，并突出了光照對K⁺摻雜器件的重要性。

【圖文導讀】

圖1. 鉀摻雜鈣鈦礦偏光輻照顯微實驗示意圖

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圖2. 偏光輻照下，無鉀摻雜鈣鈦礦發光減弱、發光壽命縮短；有鉀摻雜鈣鈦礦發光增強，發光壽命增長。

圖3. 偏光輻照后，鉀摻雜鈣鈦礦的鉀和溴在鈣鈦礦中形成相似的空間分布，而碘元素則無明顯分布規則。

圖4. 鉀摻雜鈣鈦礦太陽能電池明顯效率提高，回滯減少至忽略不計;?光照前后，有無鉀摻雜的兩種鈣鈦礦的短發光壽命分量明顯不同，這證明光照有助于鉀摻雜鈣鈦礦的電子提取效率。

圖5. 鉀摻雜鈣鈦礦鈍化機制示意圖：無光照－無鉀摻雜，界面缺陷多; 有光照－無鉀摻雜，移動離子激活，太陽能電池產生回滯，電子提取效率下降；有光照－有鉀摻雜，形成類KBr，限制移動離子，鈍化界面缺陷，提高電池效率，消除回滯。

【結論】

鈣鈦礦薄膜的鉀摻雜，通過在偏光光照下，形成了類KBr的化合物，有效地降低了界面捕獲缺陷密度并抑制了離子遷移，以保持鉀摻雜的優異鈍化效果。 這項工作突出了光輻照對鉀摻雜的鈍化效應的觸發作用，以實現具有長期穩定性的無遲滯鈣鈦礦太陽能電池。 這項工作提供了對這種機制的深入了解，對于理解工作原理和改進基于鈣鈦礦材料的多種器件的設計至關重要。

課題組簡介

澳大利亞 斯文本科技大學?Centre of Translational Atomaterials?先進材料表征課題組 專注于一系列光伏，光催化及光電材料與器件的光物理研究，組合多種超快光譜-時間分辨光譜-單分子光譜等先進技術，深入研究材料中的載流子和離子從飛秒到宏觀時間的動態光物理過程。

課題組網站： http://lnigroup.com.au/index.html

熱忱歡迎有研究興趣的學生加入課題組，聯系賈寶華教授（?bjia@swin.edu.au ）與文小明博士（xwen@swin.edu.au）。

課題組相關文獻

（1）The Dominant Energy Transport Pathway in Halide Perovskites: Photon Recycling or Carrier Diffusion?. Advanced Energy Materials(2019): 1900185.

（2）Acoustic-optical phonon up-conversion and hot-phonon bottleneck in lead-halide perovskites，Nature communications?8?（2017）?14120

（3）Universal passivation strategy to slot-die printed SnO2 for hysteresis-free efficient flexible perovskite solar module. Nature communications1 (2018): 4609.

（4）Consolidation of the optoelectronic properties of CH3NH3PbBr3 perovskite single crystals，Nature communications?8 (2017), 590

（5）90 nm-thick graphene metamaterial for strong, extremely broadband absorption of unpolarized light, Nature Photonics13 (2019), 270–276.

本文由斯威本科技大學的文小明課題組供稿，材料人編輯部編輯。

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