霍夫曼研究院胡漢林EEM：PCE25.10%！PTAA界面工程助力高效p-i-n型鈣鈦礦光伏器件

主要內(nèi)容

聚（三芳胺）（PTAA）因表面潤(rùn)濕性差及對(duì)殘留碘化鉛（PbI?）團(tuán)簇的控制不足，成為制約基于PTAA的p-i-n型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）性能的關(guān)鍵瓶頸。由深圳職業(yè)技術(shù)大學(xué)霍夫曼**材料研究院胡漢林副教授、南京工業(yè)大學(xué)陳永華教授及吉林大學(xué)張紅雨教授聯(lián)合領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，通過(guò)引入離子液體1-丁基-3-甲基咪唑乙酸鹽（BMIMAc）的界面工程策略，系統(tǒng)性突破了PTAA基PSCs的效率與穩(wěn)定性限制。

BMIMAc憑借對(duì)鈣鈦礦前驅(qū)體溶劑（N,N-二甲基甲酰胺，DMF）的高親和力，顯著改善了PTAA表面的潤(rùn)濕性，促使鈣鈦礦前驅(qū)體均勻鋪展，形成致密且缺陷鈍化的薄膜。同時(shí)，其通過(guò)調(diào)控PTAA的能級(jí)排列，將空穴提取效率提升40%以上（實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證），并使PTAA層電導(dǎo)率提高至1.2×10?3 S/cm（理論計(jì)算支持）。更關(guān)鍵的是，BMIMAc中的咪唑陽(yáng)離子與PbI?發(fā)生配位作用，減緩了有機(jī)鹽（如MAI、FAI）與PbI?的快速反應(yīng)，將結(jié)晶速率降低60%，使PbI?向α相鈣鈦礦的轉(zhuǎn)化更徹底（殘留量從8.2%降至1.5%）。這一協(xié)同效應(yīng)使鈣鈦礦晶粒尺寸增大至1.2 μm，陷阱密度降低至8.1×101? cm?3，非輻射復(fù)合損失顯著抑制。最終，優(yōu)化后的PTAA基p-i-n型PSCs實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的25.10%光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），并在85℃/85% RH條件下老化1000小時(shí)后保持初始效率的92%。

進(jìn)一步機(jī)制研究表明，BMIMAc的修飾作用具有多重維度：

其一，通過(guò)乙酸根（-OOCCH?）的鈍化效應(yīng)，減少鈣鈦礦晶界缺陷；

其二，優(yōu)化PTAA價(jià)帶頂（VB）位置，使其與鈣鈦礦層能級(jí)差縮小至0.1 eV，實(shí)現(xiàn)更高效的空穴傳輸；

其三，精準(zhǔn)控制PbI?結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，避免局部過(guò)度反應(yīng)導(dǎo)致的相分離。這些效應(yīng)共同提升了器件的長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性，為柔性、輕量化PSCs的商業(yè)化提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

本研究首次揭示了離子液體在聚合物空穴傳輸層中的“潤(rùn)濕調(diào)節(jié)-能級(jí)調(diào)控-結(jié)晶控制”三重協(xié)同機(jī)制，為開(kāi)發(fā)高效、耐用的p-i-n型鈣鈦礦光伏器件開(kāi)辟了新路徑。

文獻(xiàn)信息

Going Beyond Surface Physics: Interface Engineering of PTAA for Efficient p-i-n Perovskite Photovoltaics

Qiannan Li, Fei Wang, Yongjun Li, Baolei Tang, Dawei Duan, Taomiao Wang, Yonggui Sun, Xianfang Zhou, Yizebang Xue, Jiajie Zhu, Quanyao Zhu, Xiaoxi Huang, Haoran Lin, Annie Ng, Yumeng Shi, Mingjian Yuan, Hongyu Zhang, Yonghua Chen, Hanlin Hu

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.70109

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