不到一年，朱宗龙团队今日再发Science！
学术
2024-10-11 07:39
广东
为了提高钙钛矿太阳能电池（PSCs）的稳定性并简化生产过程，需要采用稳健的接触方案。在此，香港城市大学朱宗龙教授等人在保护钙钛矿的同时共沉积了钙钛矿和空穴选择性接触层，从而可以在不使用富勒烯的情况下沉积SnOx/Ag。通过原子层沉积制备的SnOx，作为一种耐用的无机电子传输层。通过调整SnOx层中的氧空位缺陷，实现了超过25%的光电转换效率（PCE）。本文的设备在稳定性上优于传统的p-i-n PSCs，成功通过了多项基准稳定性测试。在模拟AM1.5光照条件下，65°C下连续2000小时在其最大功率点操作后，保留了超过95%的PCE。此外，还拥有一个经过认证的T97使用寿命超过1000小时。相关文章以“Long-term stability in perovskite solar cells
through atomic layer deposition of tin oxide”为题发表在Science上。这也是朱宗龙教授时隔一年，再发Science！尽管钙钛矿太阳能电池（PSCs）的光电转换效率（PCE）已经超过了许多传统的薄膜太阳能技术，但由于脆弱的界面，它们难以实现长期稳定性。一些接触层在各种环境压力因素（如湿度、氧气、温度变化和光照）的组合作用下会退化，这降低了电池的性能和寿命。在倒置的p-i-n PSCs中，钙钛矿-电子传输层（ETL）界面显著地导致了效率损失，形成了深陷阱态，与富勒烯ETL相关的高成本和较差的机械性能促使人们寻找替代品。然而，用金属氧化物等替代品取代富勒烯一直是个挑战。混合钙钛矿的热敏感性是个问题，通常需要高温退火来优化金属氧化物的处理。尽管溅射氧化物会损坏钙钛矿表面，但直接在钙钛矿上通过原子层沉积（ALD）制备的SnOx会产生化学反应和界面障碍，导致设备的PCE低于1%。作者重新设计了一种倒置PSC设备结构，将共沉积的钙钛矿和空穴选择性接触层直接沉积在ITO/玻璃上（其中ITO是氧化铟锡）。通过ALD制备的SnOx作为一种耐用的无机ETL，不使用富勒烯。为了消除钙钛矿/SnOx界面上的有害化学反应，引入了脂肪胺功能化的二亚胺（PDINN）到3-氟苯乙基铵碘化物（m-F-PEAI）表面钝化，提供了一种与ALD沉积兼容的一步钝化和缓冲中间层。为了提高设备性能，通过引入微量的氧空位来操纵活性层和SnOx之间的中间层，激活界面载流子并促进电子提取，这使得PCE高达25.1%。这些设备与传统的p-i-n PSCs相比也显示出了卓越的稳定性。即使没有封装，这些设备在各种国际有机和混合光伏稳定性峰会（ISOS）测试中也表现出色，老化衰减幅度不到典型p-i-n设备的十分之一。在65°C下进行的长期最大功率点跟踪（MPPT）稳定性测试中，该设备的T95老化寿命超过2000小时（第三方认证的T97稳定性寿命超过1000小时）。PSCs的设备结构由简单的玻璃/ITO/活性层/钝化层/SnOx/Ag堆叠而成（图1A）。在这个结构中，活性层由Cs0.05FA0.95PbI2.94Br0.06（其中FA是甲酰胺基）组成，掺杂有[4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸（Me-4PACz），这是通过一步化学沉积法制备的，已被证明对构建倒置PSCs有效，ETL SnOx通过ALD在活性层上沉积。为了实现有效的电子传输，作者调整了四（二甲氨基）锡（IV）（TDMASn）与水剂量比率。正如X射线光电子能谱（XPS）在图1B中所示，25:20比例的SnOx最接近SnO2的化学计量比。随着TDMASn:H2O比例的增加，SnOx的x值逐渐减小。综上所述，我们展示了一种简化的无富勒烯PSC设备结构，通过调节SnOx中间层中的氧空位缺陷浓度来实现高效的电子传输。研究发现，精细调节氧缺陷可以减少钙钛矿和ETL之间的负悬崖状带隙偏移，从而在载流子提取和传输过程中减少能量损失。调节后的设备展现出高达25.1%的卓越效率和优越的稳定性。在各种标准稳定性测试中，如ISOS-D-1、ISOS-D-3、ISOS-LC-1和ISOS-O-1，未封装设备的衰减幅度不到传统p-i-n设备的十分之一。在65℃下进行的长期MPPT稳定性测试中，设备的T95老化寿命超过2000小时（第三方认证的T97稳定寿命超过1000小时）。这种简化、高效且稳定的设备结构为低成本、可复制的PSCs的开发提供了见解。Danpeng Gao†, Bo Li†, Qi Liu†, Chunlei Zhang,
Zexin Yu, Shuai Li, Jianqiu Gong, Liangchen Qian, Francesco Vanin, Kelly
Schutt, Melissa A. Davis, Axel F. Palmstrom, Steven P. Harvey, Nicholas J.
Long, Joseph M. Luther, Xiao Cheng Zeng, Zonglong Zhu*, Long-term
stability in perovskite solar cells through atomic layer deposition of tin
oxide, Science,
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq8385🌟 同步辐射，找华算 ！三代光源，全球机时，最快一周出结果，保质保量！👉全面开放项目：同步辐射硬线/软线/高能/液体/原位/SAXS/GIWAXS/PDF/XRD/数据拟合！🏅 500+博士团队护航，助力20000+研究在Nature&Science正刊及子刊、Angew、AFM、JACS等顶级期刊发表！
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