电子科技大学Nano Energy：一种疏水路易斯酸渗透扩散掺杂钙钛矿太阳能电池空穴传输层的新方法

钢铁侠 4年前 (2020-02-06) 4965浏览

【成果简介】

近日，电子科技大学贾春阳教授团队报道了一种疏水路易斯酸LAD渗透扩散掺杂钙钛矿太阳能电池空穴传输层PTAA的新方法。该方法将空穴传输材料PTAA与疏水路易斯酸掺杂剂LAD分步依次旋涂，首先将非掺杂的PTAA旋涂于钙钛矿层表面，然后将LAD溶解于钙钛矿与PTAA的正交溶剂中，并旋涂于PTAA表面，让其自由渗透扩散至PTAA层，有效实现P型掺杂。通过渗透扩散掺杂法制备的钙钛矿太阳能电池获得了高的效率和优异的稳定性。该研究报道一种新型的空穴传输层掺杂方法，可取代传统的共混掺杂。

相关研究成果以题为“Novel approach toward hole-transporting layer doped by hydrophobic Lewis acid through infiltrated diffusion doping for perovskite solar cells”发表于国际知名期刊Nano Energy (2020, 70, 104509)，第一作者为电子科技大学特聘副研究员罗军生，通讯作者为贾春阳教授。

【图文导读】

图1. LAD渗透扩散掺杂PTAA

图2. DFT理论计算LAD钝化阴离子Pb-I反缺陷态

图3. 空穴传输层导电性研究

图4. 飞秒超快光谱及荧光光谱研究钙钛矿层/空穴传输层界面电荷传输特性

图5. 钙钛矿太阳能电池光伏性能及稳定性研究

【小结】

该研究创新性的提出了空穴传输层的渗透扩散掺杂的新方法，基于此制备了高效、稳定的钙钛矿太阳能电池：

（1）渗透扩散掺杂法：利用二次离子质谱分析了该方法所制备的空穴传输层中掺杂剂的空间位置分布，研究结果表明LAD可渗透扩散至PTAA层，实现有效的P型掺杂。

（2）钝化阴离子Pb-I反缺陷态：DFT理论计算表明渗透扩散至钙钛矿层表面的路易斯酸LAD可有效钝化钙钛矿的阴离子Pb-I反缺陷，从而减少缺陷态密度，相应的有助于提高电池效率及稳定性。

（3）优异的界面电荷传输性质：利用飞秒瞬态吸收光谱和荧光光谱研究了基于LAD渗透扩散掺杂的PTAA与钙钛矿层之间的界面电荷传输性质，研究结果表明LAD渗透扩散掺杂的PTAA有利于提高其从钙钛矿层抽取光生空穴的能力，相应的增加钙钛矿太阳能电池的光伏性能。

（4）高的效率和优异的稳定性：基于渗透扩散掺杂法制备的最佳钙钛矿太阳能电池获得了20.32%的效率（JSC = 23.06 mA cm-2、VOC = 1.12 V、FF = 0.79），其在空气中放置1500 h后效率仍保持初始的93%。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520300665

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