最新进展 | 乙酰丙酮铜双功能界面钝化制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池

科学   2023-10-10 15:37   湖北  

ACS Applied Materials & Interfaces 刊发

秦平力老师课题组

关于乙酰丙酮铜协同钝化研究


导读

2023年10月3日

ACS Applied Materials & Interfaces

在线刊发了武汉工程大学秦平力老师课题组题为

Bifunctional Interface Passivation Via Copper

Acetylacetonate for Efficient and Stable Perovskite Solar
Cells

的研究论文。论文共同第一作者为硕士生王梓逸和硕士生向伍晨论文第一单位为武汉工程大学


摘要

控制界面缺陷可以减少界面非辐射复合,从而提高钙钛矿太阳能电池(PSCs)的稳定性和性能。本文采用乙酰丙酮铜[Cu(acac)2]作为钝化剂处理Spiro-OMeTAD与钙钛矿之间的界面。由于强螯合作用,不配位的Pb2+可以与-C=O/-COH官能团发生反应,在该界面或钙钛矿膜的晶界(GBs)上牢固地锚定乙酰丙酮,构建多个配体桥,并伴随铜取代铅形成p型碘化铜。同时,Cu1+-Cu2+对将电子从Pb°转移到I°,抑制了钙钛矿界面附近Pb°和I°的深层缺陷。这些都有利于空穴转移。此外,疏水性席夫碱配合物通过与钙钛矿的乙酰丙酮酸反应,使相邻的钙钛矿表面紧密堆积,并将钙钛矿的gb自密封,抑制水分扩散,实现长期稳定。因此,基于Cu(acac)2的PSC在存储1680小时后获得了超过24%的冠军效率,同时保持了约92%的初始功率转换效率。

研究内容


研究成

总之,我们在钙钛矿/SpiroOMeTAD的交界处加入了Cu(acac)2,以减轻钙钛矿表面的缺陷。通过AA配体的羰基与甲酰胺(FA)的胺基之间的席夫缩合,不配位的Pb2+被钝化,在GBs或该界面形成配体“桥”,并伴有铜取代铅形成p型碘化铜,增强了界面接触的亲切性,使载流子迁移更顺畅,减少载流子重组。同时,含有Cu1+-Cu2+对的“氧化还原穿梭”系统成功地使电子从Pb°转移到I°,抑制了钙钛矿侧界面附近的深层缺陷。此外,由乙酰丙酮与钙钛矿反应而形成的疏水性席夫碱配合物可以自封钙钛矿的gb,有效地阻止水分渗透到钙钛矿中,从而保持钙钛矿的长期稳定性。因此,基于Cu(acac)2 (2.5 mg/ml)的PSCs的PCE为24.03%,Voc为1.17V, Jsc为24.93 mA/cm2, FF为82.4%,并且表现出更大的稳定性,在1680小时后保持了约92%的初始PCE。


作者简介

第一通讯作者简介:

| 秦平力 武汉工程大学

秦平力,男,汉族,博士,教授,中共党员,第二届武汉工程大学青年骨干教师。2006年广西大学凝聚态物理专业硕士研究生毕业,2012年武汉大学微电子学与固体电子学专业博士毕业,同年晋升副教授。2012-2018年先后在武汉大学和香港理工大学从事博士后研究工作,主要研究光学功能材料与太阳电池器件。2019年12月晋升教授。在国内外期刊发表被SCI收录论文80多篇,其中以第一作者身份在国际顶级期刊Advanced Materials(IF=30.849), Advanced Functional Materials (IF=18.808), Journal of Materials Chemistry A (IF=12.732)上发表多篇论文,引用次数3500次,H因子31。目前的主要研究方向为硫化物金属纳米材料与钙钛矿电池。

第一作者简介:

| 王梓逸 武汉工程大学

王梓逸,硕士研究生在读,2021年9月进入武汉工程大学秦平力老师课题组,攻读硕士学位。主要研究方向为铜基金属化合物钝化钙钛矿太阳能电池,实现离子钝化体系,对铜基金属化合物组成、结构及转化规律的新认识。发表SCI论文5篇,其中以第一作者发表2篇。

共同第一作者简介:

| 向伍晨 武汉工程大学

向伍晨,硕士研究生在读,2022年9月进入武汉工程大学秦平力老师课题组,攻读硕士学位。主要研究方向为二氧化锡量子点的合成与表征,致力于开发高效稳定的量子点电子传输层新方法,实现对分子密度泛函理论、有限元分析等理论计算方法的学习。发表SCI论文3篇,其中以共同第一作者发表1篇。


编辑 | 向伍晨

校对 | 王梓逸

审稿 | 秦平力

工大光伏
本公众号为武汉工程大学(Wuhan Institute of Technology)秦平力老师课题组公众号,课题组主要专注于新型光电材料与器件研究。