Small:多功能添加剂实现高效钙钛矿光伏发光器件

对新一代光电器件而言,在同一元件上集成光伏和发光功能是非常有吸引力的。但由于缺陷导致的非辐射复合,实现兼具光伏发光双功能的器件,是十分具有挑战性的。因此,减少非辐射复合和开路电压损失至关重要。

华南理工大学严克友教授科研小组采用甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐(SPM)添加剂来改变配位环境,诱导晶体生长,抑制缺陷,极大的提高了光伏发光性能。SPM不仅会诱导生成大晶粒尺寸,还会形成二维2D K2PbI4以钝化晶界。此外,其磺酸基和钾离子可以分别配位铅离子和填充间隙缺陷。因此,SPM 可以有效的降低各种缺陷态,实现了平面钙钛矿太阳能电池(SnO2/钙钛矿/Spiro-OMeTAD)的光伏效率为22%,最大开压(Voc)为1.20 V。这个Voc 达到辐射Voc 限值 (1.28 V) 的94%,高于对比器件(Voc 为 1.12 V), 非辐射复合电压损失从 121 mV 降低到 57 mV。当器件作为发光二极管(LED)工作时,发光外量子产率(EQEEL)高达12.2%,从而实现光伏与发光双功能之间的高效切换。

此外,团队还对能量损失进行量化,理解器件物理性能,验证了光伏和发光的倒易关系。钙钛矿双功能器件的进一步探索对光伏发光建筑一体化有一定的推动作用。

论文信息:

Perovskite bifunctional diode with high photovoltaic and electroluminescent performance by holistic defect passivation

Zidan Liu, Chenghao Duan, Feng Liu, Christopher C. S. Chan, Hepeng Zhu, Ligang Yuan, Jiong Li, Mingjie Li, Biao Zhou, Kam Sing Wong, Keyou Yan*

Small

DOI:10.1002/smll.202105196

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202105196