斯威本科技大学Adv. Energy. Mater.：光照触发混合卤素钙钛矿钾掺杂的钝化机制

【引言】

钾掺杂是抑制回滞和提高钙钛矿太阳能电池性能稳定性的有效途径，但具体的钝化机制仍然不清楚。理解该物理机制对于进一步提高钙钛矿太阳电池的性能和优化结构具有重要意义。

【成果简介】

斯威本科技大学Centre of Translational Atomaterials的文小明－贾宝华课题组在Advanced Energy Materials上发表了题为：“Triggering the Passivation Effect of Potassium Doping in Mixed‐Cation Mixed‐Halide Perovskite by Light Illumination”的文章, DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.201901016。文章第一作者为郑飞博士和陈伟健博士，通信作者为贾宝华教授和文小明博士。利用显微-时间分辨光谱等多种技术， 研究了在偏光照射下，比对钾掺杂和无钾掺杂的混合阳离子钙钛矿的光致发光特性和器件性能，将钾掺杂钝化太阳能电池的载流子动态物理过程进行了显微和可视化。结果表明，偏光照射对于触发钾掺杂的钝化效应至关重要： 在偏光照射的过程中，钾掺杂的钙钛矿发光效率提高、发光寿命增长；结合扫描透射电子显微镜图像， 证明了钾掺杂在光照触发下在钙钛矿中形成K-Br类化合物，从而消除了界面捕获缺陷和抑制了离子迁移，从而提高了器件的效率和稳定性，并且可以减小回滞。这项工作提供了对钾掺杂，抑制回滞的新见解，并突出了光照对K⁺掺杂器件的重要性。

【图文导读】

图1. 钾掺杂钙钛矿偏光辐照显微实验示意图

图2. 偏光辐照下，无钾掺杂钙钛矿发光减弱、发光寿命缩短；有钾掺杂钙钛矿发光增强，发光寿命增长。

图3. 偏光辐照后，钾掺杂钙钛矿的钾和溴在钙钛矿中形成相似的空间分布，而碘元素则无明显分布规则。

图4. 钾掺杂钙钛矿太阳能电池明显效率提高，回滞减少至忽略不计; 光照前后，有无钾掺杂的两种钙钛矿的短发光寿命分量明显不同，这证明光照有助于钾掺杂钙钛矿的电子提取效率。

图5. 钾掺杂钙钛矿钝化机制示意图：无光照－无钾掺杂，界面缺陷多; 有光照－无钾掺杂，移动离子激活，太阳能电池产生回滞，电子提取效率下降；有光照－有钾掺杂，形成类KBr，限制移动离子，钝化界面缺陷，提高电池效率，消除回滞。

【结论】

钙钛矿薄膜的钾掺杂，通过在偏光光照下，形成了类KBr的化合物，有效地降低了界面捕获缺陷密度并抑制了离子迁移，以保持钾掺杂的优异钝化效果。 这项工作突出了光辐照对钾掺杂的钝化效应的触发作用，以实现具有长期稳定性的无迟滞钙钛矿太阳能电池。 这项工作提供了对这种机制的深入了解，对于理解工作原理和改进基于钙钛矿材料的多种器件的设计至关重要。

课题组简介

澳大利亚 斯文本科技大学 Centre of Translational Atomaterials 先进材料表征课题组 专注于一系列光伏，光催化及光电材料与器件的光物理研究，组合多种超快光谱-时间分辨光谱-单分子光谱等先进技术，深入研究材料中的载流子和离子从飞秒到宏观时间的动态光物理过程。

课题组网站： http://lnigroup.com.au/index.html

热忱欢迎有研究兴趣的学生加入课题组，联系贾宝华教授（ bjia@swin.edu.au ）与文小明博士（xwen@swin.edu.au）。

课题组相关文献

（1）The Dominant Energy Transport Pathway in Halide Perovskites: Photon Recycling or Carrier Diffusion?. Advanced Energy Materials(2019): 1900185.

（2）Acoustic-optical phonon up-conversion and hot-phonon bottleneck in lead-halide perovskites，Nature communications 8 （2017） 14120

（3）Universal passivation strategy to slot-die printed SnO2 for hysteresis-free efficient flexible perovskite solar module. Nature communications1 (2018): 4609.

（4）Consolidation of the optoelectronic properties of CH3NH3PbBr3 perovskite single crystals，Nature communications 8 (2017), 590

（5）90 nm-thick graphene metamaterial for strong, extremely broadband absorption of unpolarized light, Nature Photonics13 (2019), 270–276.

本文由斯威本科技大学的文小明课题组供稿，材料人编辑部编辑。

欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及内容合作可加编辑微信：cailiaorenVIP.