【摘 要】
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全无机钙钛矿太阳能电池由于较出色的热稳定性受到了广泛地关注。其光电转换效率从最初的2.9%提高到目前的20.37%,展现出巨大的应用潜力。虽然全无机钙钛矿发展势头迅猛,但是其在光电转换过程中会出现较大的能量损失。这主要是由于钙钛矿薄膜中的缺陷以及界面之间的载流子非辐射重组所致,严重影响器件的光电转换效率和稳定性。通过界面修饰策略钝化钙钛矿及其相关界面的缺陷,促使界面之间能级匹配和抑制载流子复合,是
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全无机钙钛矿太阳能电池由于较出色的热稳定性受到了广泛地关注。其光电转换效率从最初的2.9%提高到目前的20.37%,展现出巨大的应用潜力。虽然全无机钙钛矿发展势头迅猛,但是其在光电转换过程中会出现较大的能量损失。这主要是由于钙钛矿薄膜中的缺陷以及界面之间的载流子非辐射重组所致,严重影响器件的光电转换效率和稳定性。通过界面修饰策略钝化钙钛矿及其相关界面的缺陷,促使界面之间能级匹配和抑制载流子复合,是提升全无机钙钛矿太阳能电池性能的有效策略。论文针对全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池面临的光电流和光电压比较低的问题,在钙钛矿与空穴传输层(spiro-OMeTAD)之间引入方酸衍生物(VG1-C8)作为修饰层。VG1-C8分子中含有的羰基和方酸基团钝化了钙钛矿薄膜中的Pb2+缺陷,降低了薄膜的缺陷态密度。同时,VG1-C8修饰层使得钙钛矿与空穴传输层之间的能级更加匹配。更重要的是,VG1-C8修饰层的引入有效促进了从钙钛矿吸光层提取空穴,加速了电荷转移。最终,修饰后器件的光电流和光电压均得到了显著提高,获得了12.10%的光电转换效率。这是目前CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的最高效率。这一研究结果证明了采用兼顾钝化和空穴提取双重功能界面修饰层可以同时大幅度提高光电压和光电流,为发展高效率纯无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池提供了一个新的思路。论文针对反式结构(p-i-n型)CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池面临的钙钛矿薄膜缺陷多和载流子复合严重的问题,在钙钛矿和空穴传输层氧化镍之间引入了叶绿素铜钠(SCC)界面修饰层。SCC的羧基基团有效钝化了钙钛矿薄膜的未配位铅离子。同时,SCC修饰层可以减缓钙钛矿的结晶过程,提高了钙钛矿的结晶度,从而得到了高质量的钙钛矿薄膜。因此,钙钛矿/氧化镍界面的载流子复合被有效的抑制,从而降低了器件中的电荷损失。修饰后器件的开路电压从1.04 V被显著提高到了1.22 V。采用SCC的器件最终取得了12.98%的光电转换效率,大大优于未修饰器件(9.51%)。此外,修饰后器件表现出非常优异的长时间空气稳定性。本研究为发展高效、稳定反式全无机钙钛矿太阳能电池提供了一个有效的策略。
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