黄劲松团队顶刊Science力作

NSCD 1年前 (2023-06-04) 2093浏览

【导读】

随着钙钛矿太阳能电池研究的高速发展，钙钛矿太阳能电池效率，特别是小型、单结n-i-p钙钛矿太阳能电池的效率已逐渐逼近单晶硅太阳能电池。然而，具有制备工艺简单、迟滞效应小等优势的p-i-n钙钛矿太阳能电池及其模组的效率却仍不尽人意。

【成果掠影】

近日，美国北卡罗莱纳大学的黄劲松团队在Science上发表了新的研究论文，通过在空穴传输层（HTL）引入铅离子螯合分子（LCMs），有效地抑制了非晶态钙钛矿在HTL附近的生成，从而全方位地提升了p-i-n钙钛矿太阳能电池及其小型模组的性能。与顶层界面相比，钙钛矿和HTL间的界面的优化受到诸多限制，该埋藏界面的结晶性差等问题是限制p-i-n钙钛矿太阳能电池的主要瓶颈。为解决这一问题，作者将LCMs（本文选取了2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉，BCP作为演示）与HTL混合，利用LCMs与铅离子间的强螯合作用有效抑制了钙钛矿非晶相的生成。为明确LCMs对钙钛矿与HTL间界面的优化作用，作者首先利用稳态和瞬态光谱测试了界面优化后钙钛矿发光的量子效率和发光寿命。结果表明，经LCMs优化的样品的发光量子效率提升至参比样品的1.7倍，发光寿命从195 ns延长至452 ns，表明LCMs的加入有效减少了缺陷的生成。为进一步明确LCMs的加入具体抑制哪中缺陷的生成，作者将DFT计算和SEM分析结合，明确了LCMs的加入主要减少了非晶相的生成。最后，作者制备了基于LCMs优化后的钙钛矿太阳能电池和迷你模组。最佳器件具有25.5 mA/cm²的短路电流，1.17 V的开路电压,高达0.825的填充系数和24.6%光电转换效率。此外，器件的稳定性也大幅提升，T₉₀时间由1890小时提升至3010小时。同样值得强调的是，LCMs的加入大幅提升了钙钛矿薄膜的均匀性，从而显著增强了钙钛矿太阳能电池模组的性能。

相关研究文章以“Lead-chelating hole-transport layers for efficient and stable perovskite minimodules”为题发表在Science上。