暨南大學唐群委團隊ACS Energy Letters：官能團調控增強偶極分子對CsPbBr3鈣鈦礦薄膜的鈍化能力

引言

近十年來，鈣鈦礦太陽能電池迅猛發展，其光電轉化效率已由最初的3.8%提升至25.6%，但穩定性是阻礙其商業化的瓶頸之一。采用全無機CsPbBr₃鈣鈦礦作為吸光層顯著改善了器件穩定性，但由于鈣鈦礦的軟晶格特性往往會在表面形成大量的缺陷態，造成器件內部的電荷損耗，不利于電池效率的提升。與有機無機雜化鈣鈦礦電池器件相比，CsPbBr₃鈣鈦礦電池器件的電壓損失尤為嚴重，達到0.6 V。因此，如何有效地減少界面缺陷態對提升電池的光伏性能至關重要。

成果簡介

近日，暨南大學唐群委教授團隊圍繞上述問題利用有機苯胺類偶極分子鈍化鈣鈦礦薄膜的缺陷態，并且通過調控有機分子的官能團給電子能力（如-OCH₃, -NO₂），調控了分子內的電子分布，明顯增強了鈍化分子與鈣鈦礦薄膜的作用關系。并且通過提高鈣鈦礦薄膜的質量，獲得了1.675 V的開路電壓，同時將電池效率提升至10.75%，也保持了器件在高濕以及光照環境下的長期穩定性。相關成果以題目“Effect of Side-Group-Regulated Dipolar Passivating Molecules on CsPbBr3 Perovskite Solar Cells”發表在能源領域頂級刊物ACS Energy Letters（影響因子：19.003）雜志上，段加龍副研究員、博士后王猛以及王英麗為文章的共同第一作者，暨南大學段加龍副研究員和唐群委教授為文章的共同通訊作者。

圖文簡介

圖一 偶極鈍化分子與鈣鈦礦薄膜的相互作用

（a）有機小分子的化學分子結構、偶極矩以及靜電勢分布圖。

（b）鈣鈦礦薄膜的KPFM圖。

（c）鈣鈦礦薄膜的UPS圖譜。

（b）界面偶極分子對鈣鈦礦薄膜表面能級結構的影響。

（e）偶極分子內的電荷分布與電荷提取之間的作用示意圖。

（f）偶極分子修飾后CsPbBr₃鈣鈦礦薄膜的XPS圖譜。

圖二?器件的光伏性能

（a）鈣鈦礦電池的SEM斷面圖。

（b）電池器件的J-V曲線。

（c）電池器件的IPCE曲線。

（d）電池器件的穩態輸出。

（e）電池器件的效率分布圖。

（f）Sm³⁺-CsPbBr₃薄膜最佳的電池效率曲線。

圖三?器件的載流子復合機制的表征

（a）鈣鈦礦薄膜缺陷態的表征。

（b）不同鈣鈦礦薄膜的TRPL圖譜。

（c）電池器件的內建電場測試。

（d）電池器件開路電壓隨光強的變化關系圖。

圖四?電池的穩定性能

（a）器件在高濕度環境下的長期穩定性。

（b）電池在持續光照以及RH?= 50%，T?= 25 ^oC下的穩定性。

該研究得到廣東省基礎與應用基礎研究基金區域聯合基金、廣州市基礎與應用基礎研究項目、國家自然科學基金、廣東省自然科學基金和中央高校基本科研專項資金的支持。

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c01060

本文由作者投稿。