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图1 基于Cl-CDs反胶体溶液的钙钛矿薄膜
(a)液相脉冲激光辐照示意图;
(b)Cl-CDs的TEM图像,内插图为HRTEM图像和尺寸分布;
(c)固态Cl-CDs的拉曼峰;
(d)Cl-CDs中Cl的2p峰的XPS谱;
(e&f) CsFAMA和CsFAMA-Cl-CDs薄膜的SEM图像;
(g&h) CsFAMA和CsFAMA-Cl-CDs薄膜的截面BSE图像;
(i&j) CsFAMA和CsFAMA-Cl-CDs的AFM和C-AFM图像,其中对应的电流和粗糙度曲线分别由c-AFM图像(上方,红色线)和AFM图像(下方,黑色线)中提取的,黑色点划线表示晶界的位置;
(k) Cl-CDs嵌入钙钛矿薄膜晶界处的示意图。
图2 钙钛矿薄膜光电性质表征
(a)CsFAMA和CsFAMA-Cl-CDs薄膜的SKPM图像;
(b)图(a)中薄膜表面电位线扫描图;
(c)不同薄膜中Pb的4f 的XPS精细谱;
(d)氯苯溶剂、Cl-CDs粉末和Cl-CDs-PbI2的FTIR谱;
(e)CsFAMA和CsFAMA-Cl-CDs薄膜的稳态PL谱;
(f)CsFAMA和CsFAMA-Cl-CDs薄膜的TRPL谱;
(g)Cl-CDs的循环伏安扫描;
(h)CsFAMA和CsFAMA-Cl-CDs薄膜中的电荷转移示意图。
图3 钙钛矿太阳能电池的性能。
(a)钙钛矿太阳能电池的器件截面SEM图;
(b)基于不同条件激光辐照得到的Cl-CDs胶体溶液的钙钛矿电池性能参数分布;
(c)钙钛矿电池的最佳正反扫J-V性能曲线;
(d)在40%湿度条件下,未封装钙钛矿器件的湿度稳定性测试;
(e)CsFAMA和CsFAMA-Cl-CDs器件的热稳定性测试;
(f)CsFAMA和CsFAMA-Cl-CDs器件在最大功率点的稳态输出测试。
图4 基于不同种类反胶体溶液的钙钛矿太阳能电池性能
(a)Br-CDs的胶体溶液照片;
(b)Br-CDs的TEM图像;
(c)基于Br-CDs制备得到的钙钛矿电池J-V曲线;
(d)Au-NCs的胶体溶液照片;
(e)Au-NCs的TEM图像;
(f)基于Au-NCs制备得到的钙钛矿电池J-V曲线;
(g)LBSO-NCs的胶体溶液照片;
(h)LBSO-NCs的TEM图像;
(i)基于LBSO-NCs制备得到的钙钛矿电池J-V曲线。
小结
研究人员采用液相脉冲激光辐照手段,基于反胶体溶液策略,在金属卤化物薄膜中植入不同的无配体纳米晶材料,以Cl-CDs反胶体溶液为例,发现该纳米晶的植入有助于实现钙钛矿薄膜缺陷钝化及载流子迁移率显著提升,修饰后的钙钛矿太阳能电池最高光电转换效率可达到21.41%,且具有优异的湿度、热、工作稳定性。这一普适性策略另辟蹊径来调制钙钛矿薄膜的物理/化学特性,为基于激光-物质相互作用来开发光电及其他应用提供了新的可能。
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