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22.09% PCE 倒置鈣鈦礦! 羥基化NFA如何發(fā)揮作用?

更新時間:2021-12-22      點擊次數(shù):1725

科研專欄 / ENLITECH


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作者:中國科學院大連化學物理研究所李燦團隊

DOI: 10.1039/d1ee02248b


Energy & Environmental Science (IF 38.532) 在近期發(fā)表一項研究,探討可用于倒置鈣鈦礦太陽能電池的羥基化非富勒烯受體,并達成 22.09% 高效率。在過去十年中,有機-無機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 引發(fā)了廣泛的研究,功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE) 也接連提高。與傳統(tǒng) n-i-p 結(jié)構(gòu)的 PSC 相比,倒置 p-i-n 結(jié)構(gòu)的 PSC (i-PSC) 表現(xiàn)出可忽略不計的遲滯現(xiàn)象和可用于構(gòu)建串聯(lián)太陽能電池的潛力。但是,由于缺陷態(tài)的非輻射復合和電子傳輸層的能量不匹配,i-PSC 的功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE) 仍然落后于傳統(tǒng)電池。


在此研究中,為同時減少缺陷和改善電子傳輸,研究團隊使用羥基化非富勒烯受體 NFA (稱為 IT-DOH) 來修飾鈣鈦礦和電子傳輸層 (ETL) 間的界面。IT-DOH 分子主要分布在晶粒邊界處,并以三種方式起作用:

第一,與參考分子 ITIC 相比,除了 -CN 和 -C=O 基團外,額外的 -OH 還可以與 Pb2+ 進一步鈍化鈣鈦礦薄膜的缺陷,并更有效地抑制非輻射復合。

第二,ITDOH 的 LUMO 能級形成級聯(lián)能級排列,并促進電子提取。

第三,由于分子間氫鍵相互作用引起的共軛面拉長,IT-DOH 分子呈現(xiàn)出長程有序的分子排列和正面取向,有利于電子從鈣鈦礦傳輸?shù)?ETL。


通過光焱科技太陽光模擬器進行電流密度-電壓 (J?V) 量測、正向掃描和反向掃描,并以光焱科技 QE-R 量子效率測量系統(tǒng)進行外部量子效率 (EQE) 檢測研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng) IT-DOH 處理的 i-PSC 在實現(xiàn)了 22.09% 的 PCE,是目前已發(fā)表有關(guān) NFA i-PSC 論文中的最高值。此研究也證實 NFA 分子的羥基化對于減少缺陷和改善電子提取/傳輸非常重要。


光焱科技量子效率測量系統(tǒng)除了用于太陽能電池的 EQE (External Quantum Efficiency) 光譜分析,同時對于太陽能電池在太陽光模擬器下的短路電流,也提供了Jsc (short-circuit current density) 的比對,以證明實驗的準確性。此外,光焱科技的SS系列太陽光模擬器與 KA-6000 軟件,也同時提供了短路電流對時間變化的監(jiān)控,以證明太陽能電池的穩(wěn)定性。


圖表解析


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IT-DOH的化學結(jié)構(gòu)和鈣鈦礦薄膜的沉積過程。

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CsFAMA PSC 的 EQE 曲線和 Jsc。

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反向和正向掃描的 J-V 曲線,包含 IT-DOH 處理的 (a) CsFAMA 鈣鈦礦和 (b) CsFA 鈣鈦礦。


本文關(guān)鍵詞:

非富勒烯受體、 non-fullerene acceptor、NFA、 倒置鈣鈦礦太陽能電池、p-i-n PSC、太陽光模擬器、Solar Simulator 、量子效率、Quantum Efficiency


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