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FAPbI3具有出色的带隙和热稳定性,因此已成为用作光伏器件的最有前景的钙钛矿候选材料。光伏效率、器件迟滞及操作可重复性在很大程度上受到钙钛矿/电子传输层(ETL)和钙钛矿/空穴传输层(HTL)界面的影响。二氧化锡ETL /钙钛矿界面无疑具有众多的缺陷,特别是来源于低温合成环境的深能级缺陷。这些缺陷极大地损害了钙钛矿的成核和结晶质量。钙钛矿/HTL界面也同样容易形成缺陷。常见的HTL接触有很强的非辐射复合损失,并由于存在较大的能垒而妨碍了界面载流子的提取。 近日,中国科学院化学研究所的王吉政研究员和李勇军研究员合作,有效地将两种新型的二维(2D)碳化物Ti3C2Clx 纳米MXene和o-TB-GDY 纳米石墨炔分别引入ETL/钙钛矿和钙钛矿/HTL界面,最大程度地减少界面缺陷并大幅提升了器件性能。
锚定纳米MXene与Pb2+形成有利的Pb-Cl键极大地促进了PbI2薄膜与有机胺盐溶液的完全反应,从而增强了α-FAPbI3的结晶性和取向。此外,π-电子共轭与纳米石墨炔三角形孔隙上欠配位的Pb缺陷的强配位作用抑制了非辐射复合,并增强了钙钛矿表面的疏水性。 荧光mapping的结果表明,与对照的钙钛矿薄膜相比,含有纳米MXene钝化的薄膜在荧光强度上显示出显著的增强。在进行纳米石墨炔上层钝化后,荧光计数达到峰值。这一观察证明制备形成了成膜均匀且缺陷密度和表面复合减少的钙钛矿薄膜。 经纳米MXene和纳米石墨炔双界面钝化的器件,光电转换效率从22.72%提升至24.86%,同时有效减少了器件的迟滞效应。在空气环境下,基于双界面钝化制备的未封装器件经过1464小时后器件性能仅下降8%,而控制器件的性能下降了22%,双界面钝化的器件稳定性得到了显著的提升。 总之,这项工作提供了一种全面钝化的策略来提高钙钛矿体相和表面的薄膜质量,该策略也可以应用于其它新型光伏器件。 论文信息 Dual-Interface Engineering in Perovskite Solar Cells with 2D Carbides Jiandong He, Guilin Hu, Yuanyuan Jiang, Siyuan Zeng, Guosheng Niu, Guitao Feng, Zhe Liu, Kaiyi Yang, Cong Shao, Yao Zhao, Prof. Fuyi Wang, Prof. Yongjun Li, Prof. Jizheng Wang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202311865
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