暨南大学唐群委团队ACS Energy Letters：官能团调控增强偶极分子对CsPbBr3钙钛矿薄膜的钝化能力

引言

近十年来，钙钛矿太阳能电池迅猛发展，其光电转化效率已由最初的3.8%提升至25.6%，但稳定性是阻碍其商业化的瓶颈之一。采用全无机CsPbBr₃钙钛矿作为吸光层显著改善了器件稳定性，但由于钙钛矿的软晶格特性往往会在表面形成大量的缺陷态，造成器件内部的电荷损耗，不利于电池效率的提升。与有机无机杂化钙钛矿电池器件相比，CsPbBr₃钙钛矿电池器件的电压损失尤为严重，达到0.6 V。因此，如何有效地减少界面缺陷态对提升电池的光伏性能至关重要。

成果简介

近日，暨南大学唐群委教授团队围绕上述问题利用有机苯胺类偶极分子钝化钙钛矿薄膜的缺陷态，并且通过调控有机分子的官能团给电子能力（如-OCH₃, -NO₂），调控了分子内的电子分布，明显增强了钝化分子与钙钛矿薄膜的作用关系。并且通过提高钙钛矿薄膜的质量，获得了1.675 V的开路电压，同时将电池效率提升至10.75%，也保持了器件在高湿以及光照环境下的长期稳定性。相关成果以题目“Effect of Side-Group-Regulated Dipolar Passivating Molecules on CsPbBr3 Perovskite Solar Cells”发表在能源领域顶级刊物ACS Energy Letters（影响因子：19.003）杂志上，段加龙副研究员、博士后王猛以及王英丽为文章的共同第一作者，暨南大学段加龙副研究员和唐群委教授为文章的共同通讯作者。

图文简介

图一 偶极钝化分子与钙钛矿薄膜的相互作用

（a）有机小分子的化学分子结构、偶极矩以及静电势分布图。

（b）钙钛矿薄膜的KPFM图。

（c）钙钛矿薄膜的UPS图谱。

（b）界面偶极分子对钙钛矿薄膜表面能级结构的影响。

（e）偶极分子内的电荷分布与电荷提取之间的作用示意图。

（f）偶极分子修饰后CsPbBr₃钙钛矿薄膜的XPS图谱。

图二 器件的光伏性能

（a）钙钛矿电池的SEM断面图。

（b）电池器件的J-V曲线。

（c）电池器件的IPCE曲线。

（d）电池器件的稳态输出。

（e）电池器件的效率分布图。

（f）Sm³⁺-CsPbBr₃薄膜最佳的电池效率曲线。

图三 器件的载流子复合机制的表征

（a）钙钛矿薄膜缺陷态的表征。

（b）不同钙钛矿薄膜的TRPL图谱。

（c）电池器件的内建电场测试。

（d）电池器件开路电压随光强的变化关系图。

图四 电池的稳定性能

（a）器件在高湿度环境下的长期稳定性。

（b）电池在持续光照以及RH = 50%，T = 25 ^oC下的稳定性。

该研究得到广东省基础与应用基础研究基金区域联合基金、广州市基础与应用基础研究项目、国家自然科学基金、广东省自然科学基金和中央高校基本科研专项资金的支持。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c01060

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