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刘永胜Angew: 纪录效率19.41%!2D-RP相钙钛矿电池

南开大学刘永胜和中国科学院大学Yu Chen团队开发了两种新的基于噻吩并[3,2-b]噻吩(TTFA)和2,2′-二噻吩(BTFA)的有机间隔层材料,应用于二维铅系钙钛矿太阳能电池中。通过原位显微技术和衍射分析,研究人员发现TTFA间隔层可以促成前驱体溶液中形成较大的团簇,这有利于降低钙钛矿的成核能垒,使晶体垂直排列,从而显著改善了二维钙钛矿薄膜的质量。

基于TTFA间隔层的二维钙钛矿太阳能电池效率达到19.41%,刷新了此类器件的效率记录。这主要受益于扩大的晶粒尺寸、降低的激子结合能量和减弱的声子-电子耦合效应。

该研究深入揭示了二维钙钛矿薄膜的成核和结晶过程,突出了基于重氮杂肼的半导体间隔层在高效二维钙钛矿太阳能电池中的巨大潜力。相信这一研究成果将推动二维钙钛矿光伏技术得到进一步发展。

本研究J-V与EQE测试采用Enlitech(光焱)产品进行测量。

图1. 有机间隔物的xps及理论计算

图2. 薄膜形貌表征

图3. 结晶动力学表征

图4. 器件性能及稳定性

根据文中数据,TTFA-Pb器件的Nyquist曲线显示出较小的荷载复合电阻R_CT,仅为135.6欧姆,而BTFA-Pb器件的R_CT较大,为334.4欧姆。这说明TTFA-Pb器件中的荷载复合效率更高,荷载传输更加顺畅。

图5. 薄膜性能及表征

研究人员通过测量铅碘钙钛矿薄膜的光致发光峰,计算了BTFA-Pb和TTFA-Pb薄膜的激子结合能Eb。结果显示,TTFA-Pb薄膜的Eb为121 meV,远低于BTFA-Pb薄膜的218 meV。这意味着TTFA-Pb薄膜中的激子更易于分离为自由载流子。

参考文献】

Wang R, Dong X, Nucleation and Crystallization in 2D Ruddlesden-Popper Perovskites using Formamidinium-based Organic Semiconductor Spacers for Efficient Solar Cells. Angew. 2023, 2308581.

DOI:10.1002/ange.202314690(2023)

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202314690

本文发表于2023年10月27 原文来源 :知光谷

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