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更新日期:2022-07-12 07:38:52 来源:欧宝足球直播 作者:欧宝直播足球直播

  三维(3D)有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)的性能,可以通过二维层状钙钛矿表面处理来增强,这种层状钙钛矿具有高效的电荷传输。

  钙钛矿太阳能电池(PSCs),是一种很有前途的光伏(PV)技术,目前其认证的功率转换效率(PCEs)高达25.5%。尽管具有高性能,但设备的稳定性阻碍了它们的商业化。改善器件稳定性的措施,包括缺陷钝化、接触层修饰和封装等。二维钙钛矿作为界面修饰层,在解决表面缺陷方面具有很大的潜力,特别是在提高PSCs的稳定性和效率方面。基于苯乙铵(PEA+)或丁铵(BA+)等大型阳离子的Ruddlesden-Popper(RP)二维层状钙钛矿,被广泛应用于三维钙钛矿薄膜的表面,以降低缺陷密度和提高器件稳定性。这种体积庞大的有机阳离子,通常会自组装成一个屏障层,以防止表面水的吸附或进入。然而,体积较大的基于阳离子的二维结构,往往表现出各向异性和在有机层中较差的电荷传输,并且容易形成电荷提取能垒,从而抑制器件的高效运行。

  在此,研究者展示了一种合理的设计策略,以亚稳态Dion-Jacobson (DJ)二维钙钛矿面层为基础,通过使用非对称的大体积有机分子,降低了输运能垒,最大限度地实现离面空穴输运,从而实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池。图1展示了研究者在二维钙钛矿中最大化面外电荷传输的总体设计策略。由于自由电子和空穴分别位于[PbI6]平面的导带最小值(CBM)和价带最大值(VBM),并且由于两个相邻的[PbI6]平面之间的距离很长,所以面外电荷传输必须穿过庞大的阳离子有机层。

  因此,主要受到两个因素的限制:(1)有机层内载流子迁移率低;(2)[PbI6]平面与体积较大的有机阳离子之间的能垒。为了缓解第一个限制,基于短的单层二价有机铵阳离子的DJ二维结构,普遍优于基于双层一价有机铵阳离子的RP二维结构。为了缓解第二个限制因素,需要优化[PbI6]平面与庞大的阳离子有机层之间的能带偏移。

  研究者通过最大化亚稳态Dion-Jacobson (DJ) 2D钙钛矿层间的空穴输运,调整了非对称大体积有机分子的定向排列。空穴输运的能量势垒降低后,平面外输运率提高了4~5倍,功率转换效率(PCE)为4.9%。在亚稳态DJ 2D表面层中,3种常见的3DPSCs的PCE增强约12~16%,可达24.7%左右。对于三阳离子混合卤化物PSC,在~40°C的氮气中,在1-sun下操作1000小时后,90%的初始PCE被保留。

  综上所述,以上结果表明,DMePDAI2-修饰形成二维DJ相面层,是提高PSC性能的一种普遍方法。研究者利用基于非对称大体积有机分子的氢键调谐的亚稳态二维DJ结构,为钙钛矿界面工程提供了一个很有前途的化学设计元素,以提高PSC的效率和稳定性。(文:水生)

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