陜西師范大學劉生忠教授Adv. Energy Mater.：氟乙胺梯度鈍化工程實現高效穩定鈣鈦礦太陽電池的制備

引言：

近年來，鈣鈦礦材料由于其獨特的光電特性及低廉的生產制備成本吸引了研究者們的廣泛關注。鈣鈦礦薄膜作為鈣鈦礦太陽電池的核心成分，直接決定了器件的性能及穩定性。在鈣鈦礦電池的制備過程中，不可避免的會在晶界以及界面處引入大量缺陷，這些缺陷會作為非輻射復合中心，嚴重損傷器件的性能及穩定性。而添加劑工程可以實現對這些缺陷的有效鈍化，從而降低缺陷態密度，提高電池效率及穩定性。

成果簡介：

由于氟原子天然的疏水特性，用于鈍化鈣鈦礦缺陷，提高電池效率及穩定性的含氟添加劑引起了研究者們的極大關注。陜西師范大學劉生忠教授團隊高黎黎博士&張靜博士詳細研究了含有不同個數氟原子的氟乙胺(FEA)分子梯度鈍化鈣鈦礦薄膜缺陷，調控薄膜光電性質、以及鈣鈦礦電池效率以及穩定性的影響。研究者還通過ToF-SIMS研究發現不同個數氟的添加劑在薄膜中呈現梯度分布，可以鈍化薄膜不同位置的缺陷，其中，一氟乙胺實現了從體相到表面的整體鈍化，因此將電池效率從22.2%提高到了23.4%。該工作以題為“Fluoroethylamine Engineering for Effective Passivation to Attain 23.4% Efficiency Perovskite Solar Cells with Superior Stability”發表在Advanced Energy Materials上。

圖文簡介：

圖1. 含有不同添加劑的鈣鈦礦器件的結構與表征

a) 截面SEM圖像 b) J-V曲線 c) 最大功率點下的穩定輸出功率 d)EQE圖譜 e) 開壓隨光強變化圖譜 f) 未封裝的電池在相對濕度為10-20%，溫度為15-25°C下的環境穩定性。

圖2. 非輻射復合和缺陷態密度表征

a)?鈣鈦礦薄膜的熒光圖譜 b) 時間分辨熒光圖譜 c) 瞬態光電壓圖譜 d) 電化學阻抗譜 e-h) 不同添加劑修飾鈣鈦礦的暗態I-V曲線

圖3. 鈣鈦礦薄膜形貌和接觸角表征

a)?鈣鈦礦薄膜的平面SEM圖像 b) 原子力顯微鏡(AFM)圖像 c) 薄膜與水的接觸角圖像

圖4. 鈣鈦礦薄膜晶體結構與吸光性能表征

a)?不同1FEA添加量的XRD圖譜 b) 不同1FEA添加量的紫外可見吸收光譜 c) 不同添加劑的XRD圖譜 d) 不同添加劑的紫外可見吸收光譜

圖5. 添加劑在薄膜中的分布情況

a)?不同添加劑鈣鈦礦薄膜的F元素分布圖 b) 1FEA修飾的鈣鈦礦薄膜中F、Pb、I元素的分布圖 c) 2FEA修飾的鈣鈦礦薄膜中F、Pb、I元素的分布圖 d) 3FEA修飾的鈣鈦礦薄膜中F、Pb、I元素的分布圖 e) F元素分布的3D展示 f) FEA在鈣鈦礦薄膜中的示意圖

文章鏈接：Fluoroethylamine Engineering for Effective Passivation to Attain 23.4% Efficiency Perovskite Solar Cells with Superior Stability.?Adv. Energy. Mater. 2021, 2101454.

DOI: 10.1002/aenm.202101454

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