今日Science深度剖析金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池

【引言】

金屬鹵化物鈣鈦礦（MHPs）的光伏性能主要歸功于其高的光吸收系數、高的載流子遷移率、長的電荷擴散長度和較小的烏爾巴赫能量。MHPs的缺陷容忍最初被認為是其優異的載流子輸運和特殊復合性能的一個來源，因為大多數點缺陷在鈣鈦礦體中具有較低的形成能，并且不會形成深的電荷陷阱。后來的理論研究表明，鈣鈦礦材料表面和晶界的結構缺陷可以誘發深電荷陷阱，這指導了鈣鈦礦太陽能電池鈍化技術的發展，但這只是間接推斷。非輻射復合過程也會導致鈣鈦礦太陽能電池的能量損失，這與鈣鈦礦中缺陷誘導的陷阱態密切相關。電荷陷阱態在鈣鈦礦太陽能電池等器件的降解過程中起著重要的作用。陷阱態在空間和能量上分布的知識是理解電荷陷阱對鈣鈦礦材料和器件中電荷輸運和復合影響的最基本要素之一。

【成果簡介】

今日，在美國北卡羅來納大學、內布拉斯加大學林肯分校黃勁松教授團隊（通訊作者）帶領下，與亞利桑那州立大學合作，報告了金屬鹵化物鈣鈦礦單晶和多晶太陽能電池中陷阱態的空間和能量分布。單晶中陷阱密度變化了5個數量級，最低值為2×10¹¹/cm³，大部分深陷阱位于晶體表面。多晶膜界面的所有深度的電荷陷阱密度比膜內部的電荷陷阱密度大一到兩個數量級，并且膜內部的陷阱密度仍然比高質量單晶大2到3個數量級。出乎意料的是，表面鈍化后，在鈣鈦礦和空穴傳輸層的界面附近發現了大多數深陷阱，那里有大量的納米晶體嵌入，從而限制了太陽能電池的效率。相關成果以題為“Resolving spatial and energetic distributions of trap states in metal halide perovskite solar cells”發表在了Science。

【圖文導讀】

圖1?DLCP技術

圖2 MAPbI₃薄單晶中陷阱態的空間分布

圖3 MAPbI₃薄單晶中與厚度有關的陷阱密度分布

圖4 鈣鈦礦薄膜中陷阱態的空間和能量分布

文獻鏈接：Resolving spatial and energetic distributions of trap states in metal halide perovskite solar cells（Science，2020，DOI:10.1126/science.aba0893）

本文由木文韜翻譯，材料牛整理編輯。

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