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葛子義團隊Angew：雙重鈍化，讓PSCs實現(xiàn)25%光電轉(zhuǎn)換效率！

第一作者：jian Liu

通訊作者：葛子義、Mengjin Yang、Jiajia Zhang

通訊單位：中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，皖西大學(xué)

論文速覽

在界面處發(fā)生的非輻射復(fù)合損失，對實現(xiàn)高效率鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）構(gòu)成了重大障礙，特別是在倒置的PSCs中。使用具有不同官能團的分子來鈍化表面缺陷是提高PSCs效率的關(guān)鍵策略之一。然而，缺乏對分子在表面上鈍化取向的洞察是個挑戰(zhàn)，這阻礙了合理的分子設(shè)計。

在本研究中，使用了具有不同烷基鏈但相同電子給體（-SH）和電子吸引基團（-NH3+）的氨基硫醇鹽酸鹽來研究分子結(jié)構(gòu)、取向和與鈣鈦礦表面的相互作用。較短烷基鏈的2-氨基乙烷-1-硫醇鹽酸鹽表現(xiàn)出平行取向的偏好，這有利于通過強配位和氫鍵與表面缺陷進行更強的相互作用。

結(jié)果表明，經(jīng)過缺陷鈍化的鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)出減少的離子遷移、抑制的非輻射復(fù)合以及更多的n型特性，從而實現(xiàn)了高效的電子傳輸。因此，實現(xiàn)了25%的卓越光電轉(zhuǎn)換效率，并在連續(xù)最大功率點跟蹤500小時后，保持了其初始效率的95%。

圖文導(dǎo)讀

圖1：密度泛函理論（DFT）計算得到的APT和AET配體與FAPbI₃表面結(jié)合能的對比，以及不同取向下的差分電荷密度。

圖2：APTCl和AETCl與鈣鈦礦表面的相互作用示意圖，以及FTIR、1H NMR和XPS譜圖，這些譜圖證實了ATCls與鈣鈦礦表面的相互作用。

圖3：通過SEM、KPFM和UPS分析ATCls處理后的鈣鈦礦薄膜的表面形貌、表面電勢和能級。

圖4：通過飛秒瞬態(tài)吸收光譜（TAS）、穩(wěn)態(tài)和時間分辨光致發(fā)光（PL和TRPL）測量評估了ATCls處理后鈣鈦礦薄膜的激子動力學(xué)和電荷載流子復(fù)合動力學(xué)。

圖5：基于ATCls處理的PSCs的器件結(jié)構(gòu)、J-V曲線、穩(wěn)態(tài)輸出和EQE譜，以及電子器件的JSC與光強度和VOC與光強度的關(guān)系。

圖6：控制組和AETCl處理組設(shè)備在85°C連續(xù)加熱下的長期穩(wěn)定性，以及封裝PSCs在最大功率點跟蹤下的運行穩(wěn)定性。

總結(jié)展望

本研究的亮點在于通過設(shè)計具有不同烷基鏈長度的氨基硫醇鹽酸鹽分子，實現(xiàn)了對鈣鈦礦表面的有效鈍化，從而顯著提高了PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

AETCl分子由于其較短的烷基鏈，更傾向于與鈣鈦礦表面平行取向，通過強S-H…Pb配位和N-H…I及N-H…N氫鍵與表面缺陷相互作用，實現(xiàn)了雙重鈍化效果。不僅減少了非輻射復(fù)合損失，還抑制了離子遷移，優(yōu)化了能級匹配，從而提高了電子傳輸效率。

研究結(jié)果表明，經(jīng)AETCl處理的倒置PSCs實現(xiàn)了25.00%的光電轉(zhuǎn)換效率和良好的熱穩(wěn)定性及操作穩(wěn)定性，為鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化提供了重要的理論和實驗依據(jù)。

文獻信息

標題：Alkyl Chains Tune Molecular Orientations to Enable Dual Passivation in Inverted Perovskite Solar Cells

期刊：Angewandte Chemie International Edition

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/05/14/4e92e3f627/

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