Advanced Science：從抑制離子遷移和釋放薄膜應力的角度提高無MA鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性

創新點

本工作使用二茂鐵衍生物二苯甲酰基二茂鐵 (DBzFe) 作為添加劑來提高無MA-PSC的性能和穩定性。結果表明，DBzFe的引入不僅有效提高了薄膜的質量，釋放了薄膜中的殘余應力，同時抑制了薄膜中的離子遷移，減少了器件中的非輻射復合。最終器件的效率達到23.53%，同時器件的穩定性也得以提高。

鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其載流子壽命長、帶隙可調、易于低溫溶液法制備等優點，已成為第三代光伏市場的中流砥柱。目前，單電池鈣鈦礦太陽能電池的認證效率已超過26.0%，與硅基太陽能電池相當。此外，自組裝單分子層（SAMs）由于其制備方法簡單，也被廣泛應用于疊層PSCs中。然而，基于SAMs的普通帶隙PSCs卻鮮有報道。因此，如何使用SAMs制備出高效穩定的一般帶隙PSCs值得去探究。

日本國立電氣通信大學的早瀨修二/沈青團隊和其合作者針對如何提高基于SAMs的PSCs器件性能，利用二苯甲酰基二茂鐵 (DBzFe) 作為添加劑進行了一些探究：通過引入適量的DBzFe到鈣鈦礦前驅體溶液中，可以有效提高鈣鈦礦薄膜質量，進一步抑制薄膜中的離子遷移，釋放薄膜中的殘余應力，同時減少器件的非輻射復合。最終基于SAMs的PSCs效率達到23.53%。相關結果發表在Advanced Science上。文章第一作者為國立電氣通信大學博士生畢歡（ORCID: 0000-0001-7680-9816, Web: https://happy-bi.github.io），通訊作者為國立電氣通信大學Shuzi Hayase教授（Web: http://www.hayase.lab.uec.ac.jp/）和沈青教授（Web: http://www.shen.es.uec.ac.jp/index.htm）。

圖文解析

圖 1. (a) 本工作中使用的 PSC 的器件結構和 DBzFe 的靜電勢。(b) Pb 4f 和 (c) I 3d的XPS測試結果。 (d) FTIR 光譜。 (e) 弱相互作用的判斷。

圖 2. 鈣鈦礦薄膜的 AFM測試結果。 (c) 根據 TIPL 結果計算鈣鈦礦薄膜的陷阱密度。 (d) 有無修飾的薄膜的 tDOS。

圖 3. (a)對照組和(b) DBzFe改性后的鈣鈦礦薄膜在不同ω值(0.5°–8°)下的GIXRD結果。(c) 不同薄膜的I2浸泡實驗。(d)通過使用溫度相關的電導率測量來評估離子遷移活化能。

圖 4. 沉積在FTO/SAM上的鈣鈦礦薄膜的(a)PL和(b)TRPL。(c)器件的J-V 曲線和(d)IPCE 曲線。未封裝器件在(e)1個太陽光和(f)85 °C 氮氣環境下老化的穩定性測量。

原文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi.org/10.1002/advs.202304790