Advanced Functional Materials:反式宽带隙混合卤化物钙钛矿太阳能电池的向下均质结晶抑制光诱导卤化物偏析

反式宽带隙混合卤化物钙钛矿太阳能电池在多层串联叠层器件中具有不可替代的作用,为克服单结太阳能电池的Shockley-Queisser效率极限提供了有前景的解决方案。然而,薄膜中固有的非均匀的垂直卤化物分布以及臭名昭著的光致卤化物相分离,已成为影响混合卤化物钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的主要问题。

近日,上海交通大学陈俊超课题组为解决上述问题,在前驱体溶液中引入了一种具有多功能基团(磺酰基、铵基、氟化物)的小分子:4-(2-氨基乙基)-苯磺酰氟盐酸盐(ABF)。ABF的引入强烈地影响着钙钛矿前驱体溶液的胶体化学性质,展示了基于预成核辅助结晶的向下均质结晶过程,同时抑制钙钛矿结晶过程中初始垂直卤化物相分离并减少Voc损失。具体而言,F和FA形成的氢键以及S=O和Pb形成的配位键有效地诱导了混合卤化物前驱体溶液中的胶体聚集形成预成核团簇。通过控制宽带隙的前驱体的聚集到成核到结晶再到晶粒长大,实现结晶过程中垂直卤化物相分布的调控。此外,具有强电负性的氟化物有效地固定阴离子和阳离子以防止离子迁移,而磺酰基和铵基分别用于钝化带正电(卤化物空位)和带负电荷(FA / MA空位)缺陷以减少离子空位,有效地抑制了随后光致卤化物相分离的发生。最后,基于1.63和1.68 eV的反式宽带隙PSC分别获得 21.76%和20.11%的PCE。最重要的是,未封装器件在AM 1.5G下(60±5% RH,25±5 °C)连续照射240小时后,依旧保持初始效率的86%。同样,未封装的器件在30±5%RH和25±5°C下暴露1200 h后可以保持初始效率的93%,显示出出色的长期稳定性。总之,这项工作同时解决了反式宽带隙钙钛矿中存在的两个主要问题,即Voc损失和光诱导相分离,这有利于推动全钙钛矿串联和钙钛矿/硅基串联器件的进一步开发和应用。

论文信息:

Downward Homogenized Crystallization for Inverted Wide-Bandgap Mixed-Halide Perovskite Solar Cells with 21% Efficiency and Suppressed Photo-Induced Halide Segregation

Yiting Zheng, Xueyun Wu, Jianghu Liang, Zhanfei Zhang, Jinkun Jiang, Jianli Wang, Ying Huang, Congcong Tian, Luyao Wang, Zhenhua Chen, Chun-Chao Chen*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202200431

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202200431