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科學新知: 2023 CEJ(IF13.273 ): PSCs效率達到22.9%! 多合一添加劑如何調節結晶與鈍化

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本文亮点
1. 磺酰基和吡啶氮协同钝化铅缺陷。

2. 三氟甲基抑制阳离子空位并提高湿度稳定性。

3. 有机添加剂用量少,实现有效的结晶控制。

4. 2-BTFSIP 修饰的 MAPbI3 器件的 PCE 为 21.96%,增强了  15%。

      近年来,有机无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于其迅猛提升的光电转换效率而被认为是极具应用潜力的第三代光伏器件。然而,当前广泛使用的溶液加工方法很容易形成小结晶尺寸和高缺陷态密度的钙钛矿薄膜,其直接影响器件的光电转换效率和稳定性。

         CEJ在2023年1月刊登一项研究,研究团队采用一种all-in-one”分子添加剂,即2-[N,N-双(三氟甲烷烷磺酰)氨基]吡啶(2-BTFSIP),同时实现了钙钛矿薄膜的多种电荷缺陷消除、结晶调控和耐水性提升。理论计算和实验的结果均表明,2-BTFSIP分子中的砜基(-O=S=O)和吡啶氮原子可协同钝化钙钛矿薄膜中的未配位铅离子和金属铅缺陷,而三氟甲基(-CF3)不仅可以改善薄膜的疏水性,而且还可以通过氢键作用锚定甲胺离子(MA+),抑制阳离子空位的产生。此外,具有多种功能性基团的2-BTFSIP分子可以与PbI2MAI前驱体组分产生相互作用,形成稳定的中间相,推迟钙钛矿晶体的结晶,有利于获得大晶粒和低表面粗糙度的薄膜。

         基于“all-in-one”添加剂对钙钛矿光活性层的多方面增益,优化后的MAPbI3钙钛矿太阳能电池具有21.96%的光电转换效率,并且在相对湿度为50±5%的环境中存储2400小时后仍然可以保持其初始效率的80%。而且,2-BTFSIP分子修饰还适用于FAPbI3器件,经添加后表现出22.90%的光电转换效率,证明了这种“all-in-one”添加剂的普适性和优异性。以上结果表明,合理设计添加剂分子的结构和基团可以同时实现钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的显著提升。

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本文关键词: 钙钛矿太阳能电池/稳定性/含氟有机分子/缺陷钝化/结晶调节

原文:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722048240?via%3Dihub

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