Small Methods:从无序到有序——离子交换策略抑制表面能量紊乱态获得高效率钙钛矿太阳能电池

碘化铅甲脒(FAPbI3)钙钛矿由于更为合适的光学带隙,是制备高性能钙钛矿太阳能电池的首选材料之一。然而碘化铅甲脒的离子型软晶格结构导致的边界悬挂键,以及甲脒离子在晶界表面的紊乱运动,导致FAPbI3钙钛矿太阳能电池在工作时容易发生严重的非辐射复合。表面紊乱结构引起多种渠道的光生载流子损耗,导致严重的压降损失,使得电池的开路电压远低于理论值,同时器件的稳定性也大大降低。

针对上述问题,山东大学酒同钢教授团队联合青岛科技大学赵英杰教授团队,研究了碘化铅甲脒的表面化学行为,发现了FAPbI3薄膜在成膜后存在大量铅碘悬挂键和紊乱的甲脒阳离子,通过高分辨能量分析和超快载流子动力学研究发现,这些紊乱的能量态提供了载流子复合的场所,是电压损失的主要原因。针对这个问题,合作团队通过表面离子交换的策略,用更稳定的乙脒阳离子来交换表面不稳定的甲脒阳离子,同时填补了表面的空位缺陷。修复后的钙钛矿表面展现了更少的能量损失,开路电压由原来的1.09 V提升至1.16 V,在1.52 V的光学带隙下开路电压损失下降到0.36 V。器件的工作稳定性也得到极大的提升。该工作探索了钙钛矿表面紊乱的能量态,并且为这一问题提出具有借鉴意义的解决办法,为构筑高效率、高稳定性钙钛矿太阳能电池提供了前进思路。

论文信息:

Control of the Surface Disorder by IonExchange to Achieve High OpenCircuit Voltage in HC(NH2)2PbI3 Perovskite Solar Cell

Siqi Chen, Jin Wang, Guangliu Ran, Qingyan Pan, Le Liu, Chengjie Zhao, Jin Tang, Min Zhao, Wenkai Zhang, Yingjie Zhao*, Tonggang Jiu*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202101079

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202101079