科学材料站
文 章 信 息
非侵入性后处理剂的协同作用实现高效稳定的全无机Sn-Pb钙钛矿太阳能电池
第一作者：常杉
通讯作者：董京金*，秦天石*
单位：南京工业大学，中山大学
科学材料站
研 究 背 景
全无机锡铅钙钛矿具有接近 Shockley-Queisser 极限的理想带隙、同时避免了挥发性有机阳离子，使其具有潜在的优良稳定性。然而，其相对较低的功率转换效率 (PCE) 和快速降解动力学（源于其复杂的薄膜结晶机制和 Sn 氧化）等问题阻碍了其发展。本研究中在 CsPb0.6Sn0.4I3 系统上采用了顺序界面工程，使用了非侵入性咔唑丙胺溴化物和乙二胺二碘化物作为后处理剂。这种方法显著增强了块体结构和表面形貌，从而促进了电荷传输、抑制了非辐射复合并提高了结构稳定性，并对其工作机理进行了讨论。这些发现对后处理剂的选择和协同作用提供了一种思路，从而推进具有出色光电性能和稳定性的钙钛矿太阳能电池的进一步研发工作。
科学材料站
文 章 简 介
近日，南京工业大学董京金&中山大学秦天石于Chemical Engineering Journal上发表题为“Synergetic effect of non-invasive posttreatment agents enables highly efficient and stable all-inorganic Sn-Pb perovskite solar cells”的文章。该文章通过顺序界面策略依次进行上界面处理，对钙钛矿表面及体相的缺陷进行钝化，并有效防止了钙钛矿表面的Sn2+氧化，实现了具有出色光电性能和稳定性的无机锡铅钙钛矿太阳能电池。
图1. 顺序界面策略产生协同效应的机制
科学材料站
本 文 要 点
要点一：非侵入性界面材料
常见的较大尺寸的界面材料（如苯乙胺碘化物，PEAI）作用于钙钛矿表面时，会渗透到三维的八面体结构中形成准2D相或RP相，使薄膜更耐潮湿，从而具有更好的稳定性。然而，低维相的表面通常会抑制载流子的传输，从而影响器件的光电转换效率。大尺寸的阳离子咔唑丙胺可以钝化整个薄膜，而不会侵入三维晶格，形成不良的低维相。
要点二：双分子协同作用
采用CzPABr后，钙钛矿薄膜能够被有效钝化至整个薄膜表面，消除针孔和大尺寸缺陷。但是薄膜表面仍存在Sn\Cs空位等点缺陷，导致界面处非辐射复合严重。EDAI2的后处理，填补了这些空位缺陷，解决了这一问题。其中Br阴离子作为触发因素发挥了重要作用。通过先加入 Br，氨基的活性得到增强，因此两个 -NH3+ 都可以有效地与 ITLP 晶体结合从而实现双位点结合配体，且疏水烷基链暴露在表面上。通过这种方式，我们获得了具有高结晶度和良好表面形貌的 ITLP 薄膜。不同机理的后处理剂为协同使用为进一步实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了空间。
要点三：全无机锡铅钙钛矿太阳能电池的PCE和稳定性
依次进行的上界面处理，对钙钛矿表面及体相的缺陷进行了钝化，并有效防止了钙钛矿表面的Sn2+氧化。此外，经处理后的钙钛矿薄膜在高湿度环境中表现出了较好的结构稳定性。结果，采用顺序界面处理过的器件实现了16.62%的效率，并在干燥N2中表现出超过2200小时的T80稳定性。
科学材料站
文 章 链 接
Synergetic effect of non-invasive posttreatment agents enables highly efficient and stable all-inorganic Sn-Pb perovskite solar cells - ScienceDirect
科学材料站
通 讯 作 者 简 介
秦天石教授简介：国家高层次人才计划青年项目入选者，江苏省双创人才计划入选者。2010年获得德国美茵茨大学博士学位，德国马克思普朗克高分子研究所博士后，澳大利亚联邦科学与工业研究院研究员，澳大利亚莫纳什大学客座研究员，南京工业大学柔性电子（未来技术）学院副院长，现为中山大学柔性电子学院教授。在Nature Communications、Research、Matter、Advanced Materials、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie International Edition等一流期刊发表研究论文70余篇，总被引3000余次，H因子31。
董京金副教授简介： 2021年于荷兰格罗宁根大学取得博士学位，现任南京工业大学柔性电子（未来技术）学院副教授。长期从事光电功能薄膜材料和同步辐射光源方法学的研究和开发。目前已在Science Advances, Advanced Functional Materials, ACS Energy Letters等高水平期刊上发表论文40余篇，被引2000余次，H指数24。
添加官方微信 进群交流
SCI二氧化碳互助群
SCI催化材料交流群
SCI钠离子电池交流群
SCI离子交换膜经验交流群
SCI燃料电池交流群
SCI超级电容器交流群
SCI水系锌电池交流群
SCI水电解互助群
SCI气体扩散层经验交流群
备注【姓名-机构-研究方向】
投稿请联系contact@scimaterials.cn
点分享
点赞支持
点在看
