【用户成果】按需喷墨打印定量表面钝化，实现高效钙钛矿太阳能电池
文摘
2024-06-05 11:00
上海
有机-无机卤化铅钙钛矿太阳能电池(PSC)具有载流子寿命长、吸收系数大、电荷载流子迁移率高等特点，在光伏应用领域引起了极大的关注。在各种钝化材料中，烷基卤化铵已被广泛应用于钙钛矿表面处理。钝化层通常通过旋涂法沉积到钙钛矿表面。虽然旋涂法是筛选钝化剂的有效方法，但其明显的缺点是材料利用率低。此外，由于旋涂法在沉积过程中会造成材料损耗，无法实现定量沉积。因此，研究人员很难获得钝化剂沉积量与器件性能之间的定量关系。按需滴落喷墨打印方法可以实现出色的材料利用率和精确定量沉积。精确沉积可以通过控制墨水的流变特性、施加电压和喷头波形来实现，以避免卫星墨滴。且具有精确定量沉积的能力，可进一步应用于定量钝化剂沉积的PSC制备。事实证明，在钙钛矿顶部沉积钝化层是提高钙钛矿太阳能电池(PSC)效率和长期稳定性的有效方法。旋涂法是为此开发的最典型、最流行的方法。然而，旋涂法浪费了大量钝化剂材料，因此无法获得钝化剂用量与器件性能之间的定量关系。华侨大学魏展画&杨金鑫教授团队通过按需滴加喷墨打印技术开发了一种定量沉积方法，研究了2-ADAHCI沉积表面密度对器件性能的影响，发现其对器件性能有显著影响。1.1 ug cm-2 的低沉积表面密度达不到最佳钝化能力。相反，过高的沉积表面密度(10.1 ug cm-2)会导致能级失配，并在钙钛矿/空穴传输层(HTL)界面产生较大的串联电阻，从而降低器件性能。在2.5 ug cm-2 的最佳沉积表面密度下，钙钛矿表面缺陷被大大抑制，钙钛矿与 HTL 之间的界面接触得到改善。最后实现了 24.57%的高效率 PSC，并提高了运行和环境稳定性。相关研究以“Quantitative Surface Passivation Through Drop-on-Demand Inkjet Printing Enables Highly Efficient Perovskite Solar Cells”为题发表在Advanced Energy Materials期刊上。Figure 1. Schematic illustration of the processes of fabricating the passivation layer.Figure 2. a–c) Top-view SEM images of the passivated perovskite films. d) XRD patterns of the control and passivated films. e) Steady-state PL measurements of the control and passivated perovskite films on glass substrates. f) Time-resolved PL decay curves of the perovskite films on glass substrates.Figure 3. Characterization and device performance of the control and passivated PSCs.Figure 4. a) The structure of the fabricated device with passivation layer. b) Histogram of PCE counts of the control and passivated devices. c) Reverse scan J–V curves of the champion control and passivated devices. d) IPCE spectra of the control and passivated devices. e) MPP tracking test under continuous 1 sun illumination in the N2 atmosphere for the control and 2.5 μg cm−2 2-ADAHCl-treated devices.总之，作者开发了一种定量沉积方法，通过按需滴落喷墨打印研究了2-ADAHCI沉积表面密度对 PSCs性能的影响。结果表明，2-ADAHCI 可以抑制非辐射重组，提高钙钛矿表面的电荷载流子寿命，沉积表面密度对器件性能有很大影响。较低的沉积表面密度无法使钙钛矿石表面完全钝化，而过高的沉积表面密度则会导致界面接触问题，从而导致较差的器件性能。在2.5 ug cm-2 的最佳表面密度下，钙钛矿表面缺陷被大大抑制，钙钛矿与 HTL 之间的界面接触得到改善。因此，PSC的冠军PCE为24.57%，高Voc为1.18 V。此外，经过 2.5 ug cm-2 2-ADAHCI 处理的器件在跟踪 MPP 1041 小时后保持了92%的原始PCE，在85℃下加热 8000 分钟后保持了 80%以上的初始效率，在环境空气中相对湿度为20%的条件下存放 792 小时后保持了99%的原始 PCE，显示出更高的工作稳定性和环境稳定性。这项工作为优化钝化剂沉积量以实现高性能 PSC 提供了一种创新思路。Quantitative Surface Passivation Through Drop-on-Demand Inkjet Printing Enables Highly Efficient Perovskite Solar Cellshttps://doi.org/10.1002/aenm.202400549*本文来源：作者团队，感谢作者团队对本公众号的大力支持！如有侵权，请联系删除，如有冒犯之处敬请见谅!
