清華新聞網(wǎng)8月18日電 近日，清華-伯克利深圳學(xué)院康飛宇教授、韋國(guó)丹助理教授聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究所李江宇教授和華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱旭輝教授，在材料領(lǐng)域國(guó)際頂刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上發(fā)表題為“通過(guò)綠色反溶劑工程抑制缺陷誘導(dǎo)的非輻射復(fù)合以實(shí)現(xiàn)高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池”（Suppressing Defects-Induced Non-Radiative Recombination for Efficient Perovskite Solar Cells through Green Anti-Solvent Engineering）的研究論文，報(bào)道了采用綠色反溶劑處理獲得的高質(zhì)量鈣鈦礦膜，抑制缺陷誘導(dǎo)的非輻射復(fù)合，從而實(shí)現(xiàn)高效的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）。
由于其具有可調(diào)控帶隙、低激子結(jié)合能、高載流子遷移率和長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦（Perovskite）受到了廣泛的關(guān)注。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）因其高效率和低成本得到越來(lái)越多的研究。為了進(jìn)一步改善PSCs的效率，本課題前期在成分工程（RSC Adv.,2019, 9, 30534–30540）、能級(jí)工程（ACS Energy Lett.2019, 4, 2491?2499）、形貌優(yōu)化（IEEE 46th PVSC,2019, 1195-1199）等方面做了大量工作。然而傳統(tǒng)的一步溶液加工法所制備的鈣鈦礦薄膜通常易遭受由缺陷引起的非輻射復(fù)合，這嚴(yán)重阻礙了器件性能的提高。反溶劑工程已被證明可有效地調(diào)節(jié)晶體成核和晶粒長(zhǎng)大，但是，實(shí)現(xiàn)高效的器件所需要的反溶劑的量很大，而且更嚴(yán)重的是，其中大多數(shù)反溶劑都是有毒的，如致癌溶劑氯苯和甲苯。顯然，毒性與綠色化學(xué)的工業(yè)發(fā)展理念相悖，這已成為實(shí)現(xiàn)低成本溶液法大面積生產(chǎn)的主要障礙。
通過(guò)使用溶解在乙醇（Eth）的MABr（MABr-Eth）作為綠色反溶劑處理的鈣鈦礦薄膜，既增加晶粒尺寸以及鈣鈦礦的結(jié)晶度，又可以鈍化表面缺陷；再者，MABr可與由乙醇洗滌分解Cs0.15FA0.85PbI3生成的PbI2反應(yīng)，避免鈣鈦礦損失，增強(qiáng)光的吸收。此情況下，制備的反式平面異質(zhì)結(jié)器件ITO/PTAA/Cs0.15FA0.85PbI3/PC61BM/Phen-NADPO/Ag的最佳能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）為21.53%。此外，相應(yīng)的PSCs具有更好的存儲(chǔ)和光穩(wěn)定性。
圖1 鈣鈦礦薄膜在光照與黑暗條件下的c-AFM研究
圖2 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)、能級(jí)對(duì)齊、J-V曲線(xiàn)及其他電學(xué)方面的表征
圖3 鈣鈦礦薄膜飛秒瞬態(tài)吸收光譜和可能的激子捕獲和復(fù)合過(guò)程
清華-伯克利深圳學(xué)院韋國(guó)丹助理教授與中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究所李江宇教授為本文的共同通訊作者。清華-伯克利深圳學(xué)院博士后徐文戰(zhàn)為本文的第一作者。該研究得到深圳市發(fā)展改革委、深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)、國(guó)家博士后科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金的資助。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202003965
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：程曦
