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独辟蹊径!南洋理工发现重水在钙钛矿太阳能电池中的妙用

光伏电池组件  来源:材料科学与工程    2020/5/8 9:22:50  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:导读:南洋理工大学研究人员独辟蹊径,选用从未在钙钛矿研究中涉及到的D2O作为添加剂处理后,器件效率从19.2%提升到20.8%。这项发现提供了一种新颖且简便的方法来控制和改善卤化物钙钛矿器件的光电性能。

有机无机卤化钙钛矿光伏电池的研究这几年素来火热,光学器件不断刷新效率。但是,控制电荷载流子陷阱密度这一制约高效器件发展的因素方面,目前的主流方法是控制组分以及调控薄膜形貌,在早期有机太阳能电池中报道以添加剂的引入能有效且简单的调整器件的形貌,从而改善钙钛矿器件的缺陷问题,提升器件的效率及稳定性。

近日,南洋理工大学的Ankur Solanki以H2O的引入为添加剂为基础,同时选用了从未在钙钛矿研究中涉及到的D2O,而当浓度为1 vol%的添加剂处理后,器件效率从19.2%提升到20.8%,通过形貌研究能观察到D2O能成功的钝化钙钛矿表面缺陷,且膜没有任何明显的形貌变化,载流子的动力学也都发生了改变,为钙钛矿薄膜的研究提供了一种简明易懂操作的方法,文章以题目’ Heavy WaterAdditive in Formainium: A Novel Approach to Enhance Perovskite Solar CellEfficiency’于4月30日发表在顶刊Advanced Materials上。

研究者同时引入FA,MA制备了三组分阳离子钙钛矿溶液,随后将不同浓度的D2O按体积比加入溶液之中,以两步法旋涂流程旋涂制备钙钛矿,在抗溶剂处理后退火制备光电器件,在测试过程中发现,加入1 vol%的D2O时光电参数填充因子与短路电流密度均有所增加,在对薄膜探究光致发光特性与红外光谱等计算后,探究其改善器件效率的本质,钙钛矿的前驱体在主体溶剂中的溶解度增加而改善了薄膜质量,并且能够更好的控制薄膜的生长与组成,D2O使得钙钛矿中阳离子的氘化导致了PbI6的声子频率降低,影响到其载流子迁移率与载流子的散射。

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图1.分别加入H2O或D2O后制备的薄膜器件光电特性差异

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图2.对分别加入H2O或D2O添加剂的薄膜进行光致发光测试荧光寿命,载流子密度与扩散距离

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图3.对比了标准器件与氚代样品的计算红外光谱,与声子色散曲线

总的来说,研究人员以D2O作为添加剂制备的钙钛矿太阳能电池,有着接近21%的光电转换效率并且具有良好的稳定性及可忽略的J-V曲线滞后现象。随着添加剂浓度的增加,在1vol%下器件性能与荧光寿命显著提升,同时能注意到电荷载流子的扩散长度也相应降低氘化的FA钙钛矿晶格中PBI6的声子频率,有助于稳定PBI6结构并削弱电子声子耦合,从而减少了电荷载流子的散射。这项发现提供了一种新颖且简便的方法来控制和改善卤化物钙钛矿器件的光电性能。(文:kirin)


原标题:独辟蹊径!南洋理工发现重水在钙钛矿太阳能电池中的妙用

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