南京大学谭海仁&吉林大学张立军等最新Nature：使用定制二维钙钛矿实现全钙钛矿叠层中的均匀接触
文摘
科学
2024-10-15 07:30
北京
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制造可扩展的全钙钛矿叠层太阳能电池被认为是商业化钙钛矿光伏组件的一条有吸引力的途径。然而，1平方厘米规模的全钙钛矿叠层太阳能电池的认证效率落后于其小面积（约0.1平方厘米）的同类产品。这种性能差距源于大规模宽带隙（WBG）钙钛矿太阳能电池（PSCs）的不均匀性。已知这种不均匀性是在底部界面和钙钛矿本体内部引入的。南京大学谭海仁&吉林大学张立军&剑桥大学Samuel D. Stranks研究团队发现了另一个导致不均匀性的关键因素——在沉积电子传输层（ETL，C60）时形成的顶部界面。不良的ETL界面也是限制器件性能的重要因素。通过引入4-氟苯乙胺（F-PEA）和4-三氟甲基苯基铵（CF3-PA）的混合物来创建一个定制的二维钙钛矿层（TTDL），其中F-PEA在表面形成二维钙钛矿，减少了接触损失和不均匀性，而CF3-PA则增强了电荷的提取和传输。因此，研究团队在1.77电子伏特宽带隙的钙钛矿太阳能电池中实现了1.35伏的高开路电压和20.5%的效率，器件面积为1平方厘米。通过将其与窄带隙钙钛矿子电池堆叠，报道了面积为1.05平方厘米的全钙钛矿叠层电池，其效率达到28.5%（认证效率为28.2%），这是迄今为止报道的最高效率。这项工作展示了在处理顶部钙钛矿/ETL接触以扩大钙钛矿太阳能电池规模方面的重要性。
宽禁带钙钛矿太阳能电池的均匀性
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研究团队将两种修饰剂结合起来，以相互补充：一种是F-PEA，它能形成均匀的界面，但电荷载体传输较差；另一种是CF3-PA，它能增强电荷传输，但存在不均匀性。将这种策略称为定制二维钙钛矿层（TTDL）（见图1d）。TTDL钙钛矿确实表现出了最高的PL强度、PL映射图的均匀性（见图1b）以及EQE曲线中的JSC（见图1c，18.4 mA/cm² 149）。与对照组样品（图1a）相比，在沉积C60后，TTDL堆叠的标准偏差没有显著变化（图1e）。将F-PEACl和CF3-PACl分子分别分散在异丙醇（IPA）中，浓度为10 mg/mL，在室温下搅拌2小时作为浓缩溶液。将浓缩溶液与IPA按体积比1:9混合，得到单层插入溶液。对于优化的混合插入层溶液，F-PEACl、CF3-PACl浓缩溶液和IPA的体积比为1:1:8。将EDAI2分子分别分散在IPA中，浓度为1 mg/mL。将聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）分别分散在氯苯中，浓度为2 mg/mL，在室温下搅拌2小时。![]()
图2 | 具有增强均匀性的定制二维钙钛矿层的形成机制和功能![]()
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Homogenized contact in all-perovskite tandems using tailored 2D perovskite
