![]()
推荐！自然科学基金申报书范文合集
1研究背景
钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其高效率、易于制造和适合串联应用而迅速崛起为光伏行业的领先技术。尽管如此，PSCs的不稳定性仍是其商业应用的一大障碍。这种不稳定性主要源于卤素离子，尤其是碘离子（I−）的迁移。在光照射和热应力下，I−会迁移并转化为I2，导致钙钛矿结构不可逆的降解和性能损失。为了解决这一问题，研究人员一直在探索能够抑制I−迁移的策略，以增强设备稳定性。
2成果简介
在这项研究中，研究人员介绍了一种添加剂2,1,3-苯并噻二唑，5,6-二氟-4,7-双(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼烷-2-基)（BT2F-2B），以管理倒置单结和串联钙钛矿太阳能电池中的碘迁移问题。通过在钙钛矿中引入BT2F-2B，研究人员发现其与I−之间强烈的配位作用有效抑制了MAI/FAI的去质子化和I−向I2的转化。BT2F-2B中高度电负性的氟增强了与I−的静电相互作用。因此，BT2F-2B的协同效应有效抑制了钙钛矿的分解和碘空位的缺陷密度。这种方法使得倒置单结PSCs的光电转换效率（PCE）超过26%，并展现出卓越的操作稳定性。根据ISOS-L-3测试协议，处理过的PSCs在1000小时老化后仍保持其原始PCE的85%。当BT2F-2B应用于宽带隙（1.77 eV）钙钛矿系统时，全钙钛矿串联太阳能电池的PCE达到了27.8%，证实了所提出策略的普适性。3图文导读
![]()
图1 展示了BT2F-2B和BT-2B的分子结构，以及它们吸附在钙钛矿上后的电子密度分布。图中的粉红色区域表示电荷增加区域，浅绿色区域表示电荷减少区域。红色区域表示电荷增加区域，蓝色区域表示电荷减少区域。f)展示了钙钛矿表面Pb和I空位缺陷、Pb和I替代缺陷以及I间隙缺陷形成能量的变化，这些缺陷被BT-2B和BT2F-2B吸附。g)展示了FAI/IPA和(FAI+BT2F-2B)/IPA溶液在光老化下的紫外-可见吸收光谱。h)展示了有无BT2F-2B添加的钙钛矿薄膜的Pb 4f和i) I 3d XPS光谱。![]()
图2 展示了控制和BT2F-2B处理的钙钛矿薄膜的GIWAXS图案。c)展示了原始和BT2F-2B处理的钙钛矿薄膜在14.24°（100）的组合方位角。d)展示了从温度依赖电导率测量中提取的离子迁移激活能。e)和f)展示了控制和BT2F-2B处理的钙钛矿薄膜在不同光照时间下的XRD图案。g)和h)展示了原始和BT2F-2B处理的钙钛矿薄膜在不同光照时间下的PL光谱。i)展示了控制和BT2F-2B处理的钙钛矿薄膜在不同光照时间下的PL峰位。j)和k)展示了原始和BT2F-2B处理的钙钛矿薄膜的共聚焦PL映射。l)展示了控制和BT2F-2B处理的钙钛矿薄膜的TRPL衰减曲线。![]()
图3 展示了原始和BT2F-2B处理的钙钛矿薄膜在不同光照时间下的SEM图像。e)和f)展示了原始和BT2F-2B处理的钙钛矿薄膜在不同光照时间下的横截面SEM图像和I的EDS光谱。i)、j)、k)和l)展示了原始和BT2F-2B处理的钙钛矿薄膜在不同光照时间下的KPFM图像。m)和n)展示了原始和BT2F-2B处理的钙钛矿薄膜在不同光照时间下的CPD直方图。o)和p)展示了原始和BT2F-2B处理的钙钛矿薄膜在光照射下的ToF-SIMS深度剖面。![]()
图4 展示了最佳表现的单结PSCs的J-V曲线。b)展示了控制和BT-2B-和BT2F-2B处理设备的EQE光谱和集成JSC。c)展示了控制和BT-2B-和BT2F-2B处理设备在100-mW cm−2辐照下的操作条件下的SPO和稳态电流密度。d)展示了控制和BT2F-2B处理设备的PCE直方图。e)展示了控制和BT2F-2B处理设备的VOC与光强度图。f)展示了孔-only设备的J-V曲线。g)展示了控制和BT2F-2B处理设备在光照射前的Mott-Schottky图。h)展示了不同偏压下从Nyquist图中得出的设备复合寿命。i)展示了全钙钛矿串联太阳能电池的结构。j)展示了最佳表现的串联太阳能电池的J-V曲线。k)展示了最佳表现的串联电池的EQE曲线。l)展示了30个串联设备的PCE直方图。![]()
图5 a) 室温下RH为30%的长期稳定性试验。b) N2中根据ISO-L-1协议评估的PSCs的运行稳定性。c) 根据ISO-L-3协议评估的PSCs的运行稳定性。
4小结
研究人员通过引入BT2F-2B，展示了一种有效的方法来抑制在严苛条件下钙钛矿薄膜中碘化物的损失和迁移。这种强烈的配位作用可以有效地锁定I−并防止其迁移。BT2F-2B中F的引入导致从硼酸酯中撤出电子，结果在硼酸酯上产生部分正电荷，增强了与I−的静电相互作用。BT2F-2B的协同效应有效地抑制了碘化物相关缺陷（包括空位和间隙）的形成，并在光应力下提高了钙钛矿的结构稳定性。因此，目标PSCs为倒置单结设备提供了超过26.0%的惊人PCE，并在ISOS-L-1和ISOS-L-3测试协议下展现出卓越的长期操作稳定性。此外，将BT2F-2B纳入宽带隙（1.77 eV）钙钛矿以制造全钙钛矿串联太阳能电池，显著提高了PCE——从26.5%提高到27.8%。这项研究为提高PSCs的稳定性提供了一种通用方法，并为开发不同带隙的高性能和耐用的PSCs提供了可行的途径。文献：
https://doi.org/10.1002/adma.202410779推荐阅读：
![]()
说明:
🔹本文内容若存在版权问题，请联系我们及时处理。
🔹欢迎广大读者对本文进行转发宣传。
🔹《材料研究前沿》会不断提升自身水平，为读者分享更加优质的材料研究成果，欢迎关注我们。
欢迎广大科研工作者投稿最新研究成果。
