電子科技大學Nano Energy：一種疏水路易斯酸滲透擴散摻雜鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸層的新方法

鋼鐵俠 4年前 (2020-02-06) 4644瀏覽

【成果簡介】

近日，電子科技大學賈春陽教授團隊報道了一種疏水路易斯酸LAD滲透擴散摻雜鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸層PTAA的新方法。該方法將空穴傳輸材料PTAA與疏水路易斯酸摻雜劑LAD分步依次旋涂，首先將非摻雜的PTAA旋涂于鈣鈦礦層表面，然后將LAD溶解于鈣鈦礦與PTAA的正交溶劑中，并旋涂于PTAA表面，讓其自由滲透擴散至PTAA層，有效實現P型摻雜。通過滲透擴散摻雜法制備的鈣鈦礦太陽能電池獲得了高的效率和優異的穩定性。該研究報道一種新型的空穴傳輸層摻雜方法，可取代傳統的共混摻雜。

相關研究成果以題為“Novel approach toward hole-transporting layer doped by hydrophobic Lewis acid through infiltrated diffusion doping for perovskite solar cells”發表于國際知名期刊Nano Energy (2020, 70, 104509)，第一作者為電子科技大學特聘副研究員羅軍生，通訊作者為賈春陽教授。

【圖文導讀】

圖1. LAD滲透擴散摻雜PTAA

圖2. DFT理論計算LAD鈍化陰離子Pb-I反缺陷態

圖3. 空穴傳輸層導電性研究

圖4. 飛秒超快光譜及熒光光譜研究鈣鈦礦層/空穴傳輸層界面電荷傳輸特性

圖5. 鈣鈦礦太陽能電池光伏性能及穩定性研究

【小結】

該研究創新性的提出了空穴傳輸層的滲透擴散摻雜的新方法，基于此制備了高效、穩定的鈣鈦礦太陽能電池：

（1）滲透擴散摻雜法：利用二次離子質譜分析了該方法所制備的空穴傳輸層中摻雜劑的空間位置分布，研究結果表明LAD可滲透擴散至PTAA層，實現有效的P型摻雜。

（2）鈍化陰離子Pb-I反缺陷態：DFT理論計算表明滲透擴散至鈣鈦礦層表面的路易斯酸LAD可有效鈍化鈣鈦礦的陰離子Pb-I反缺陷，從而減少缺陷態密度，相應的有助于提高電池效率及穩定性。

（3）優異的界面電荷傳輸性質：利用飛秒瞬態吸收光譜和熒光光譜研究了基于LAD滲透擴散摻雜的PTAA與鈣鈦礦層之間的界面電荷傳輸性質，研究結果表明LAD滲透擴散摻雜的PTAA有利于提高其從鈣鈦礦層抽取光生空穴的能力，相應的增加鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能。

（4）高的效率和優異的穩定性：基于滲透擴散摻雜法制備的最佳鈣鈦礦太陽能電池獲得了20.32%的效率（JSC = 23.06 mA cm-2、VOC = 1.12 V、FF = 0.79），其在空氣中放置1500 h后效率仍保持初始的93%。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520300665

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