在线留言
|
动力是人类赖以生存的物质基础, 是社会开展不可或缺的基本条件. 太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的可再生清洁动力, 完成其使用开展可推进对化石动力的有序代替, 缓解人类在化石动力干涸和环境污染方面所面对的严峻问题. 太阳能电池使用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能, 是太阳能使用范畴中一种抱负的转化途径. 现在,太阳能电池技能已阅历了三代的改造, 首要包含晶硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、铅卤钙钛矿太阳能电池等. 其间, 作为第三代光伏技能的铅卤钙钛矿太阳能电池, 具有本钱低、功率高、可液相制备等长处, 其认证功率转化功率已达25.7%, 而本钱仅为硅基太阳能电池的1/3左右. 铅卤钙钛矿的化学通式为APbX3, 其间, A代表一价阳离子(如甲脒(FA+)、甲基铵(MA+)或铯(Cs+)), X代表卤素离子(如Cl−、Br−或I−). 该类资料具有可调的光学带隙、高光吸收系数、低激子解离能等优异的光电特性, 是极具潜力的光吸收资料.
安稳性是约束钙钛矿电池使用的首要因素, 这是由资料的软晶格特性所导致. 有机阳离子具有较低的分散活化能, 即便在室温下也容易产生分散, 构成Schottky或Frenkel缺点, 并导致电荷圈套的产生. 研讨标明铅卤钙钛矿中存在本征离子(如MA+或I−)的分散行为, 且外部电偏压或光照影响会加重离子分散行为[1]. 2015年, Yuan等人[2]使用光热诱导共振显微镜成像技能, 初次直接调查到了室温下MA+在电场效果下向器材负极分散的现象. 此外, 钙钛矿中的碘离子被证真实光照影响下更容易产生分散. 例如, Kim等人[3]经过试验验证了光增强的离子分散效应. 他们将铅卤钙钛矿资料浸泡在甲苯溶液中, 测量了其间的碘分出率, 并比较了漆黑和光照条件下的碘含量, 发现在光照条件下, 碘含量要高得多. 一起, 理论模仿证明了铅卤钙钛矿中由填隙离子或空位缺点导致的离子电导性[4]. Azpiroz等人[5]经过第一性原理核算得到碘空位(空隙)的分散活化能仅为0.1 eV, 而MA和Pb空位的分散活化能分别为0.46和0.80 eV. 因而, 在钙钛矿资猜中, 碘空位(空隙)的分散率比有机阳离子高, 能够很容易地沿着钙钛矿外表或在其内部分散. 伴随着离子分散, 其导致的器材不安稳成为限制进一步商业化开展的首要因素之一, 而探求钙钛矿太阳能电池的降解机理对处理上述安稳性问题至关重要. 虽然铅卤钙钛矿单层资猜中的离子分散行为已被广泛研讨, 但实践使用的钙钛矿太阳能电池具有多层结构, 不同组分之间通常会相互影响, 然后导致器材中的结构演化和离子传导变得分外杂乱. 很少有研讨重视离子在钙钛矿太阳能电池器材内部的移动行为, 以及移动离子与其他层之间的相互效果, 而这也将对器材的安稳性有重要意义.
本课题组[6]针对铅卤钙钛矿中的离子分散行为做了具体的研讨. 在典型的p-i-n反式器材结构中, 因为电子传输资料富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)的软质和低密度特性, 钙钛矿晶格中的卤素离子可自发分散至其空隙, 并在必定时刻内到达平衡状况(图1(a)). 使用原位荧光光谱、飞翔时刻二次离子质谱等表征手法, 研讨了卤素在钙钛矿和传输层界面的分散行为. 图1(d), (e)中显现钙钛矿的发射峰产生显着红移, 反映了传输层关于钙钛矿中离子分散具有促进效果. 飞翔时刻二次离子质谱图显现了钙钛矿器材中各元素的空间散布状况(图1(f)), 其间碘离子信号在钙钛矿/PCBM界面到PCBM体相中呈现出显着的单调下降趋势, 直接证明了卤素离子向传输层分散的行为. 据此, 咱们使用根据非稳态分散形式的菲克第二规律, 模仿卤素离子在PCBM中的分散动力学,验证了钙钛矿器材的异质界面处存在卤素分散平衡现象(图1(g)). 试验证明, 卤素分散平衡行为可对电子传输层PCBM进行化学掺杂, 并明显进步其电导率, 从而有助于进步钙钛矿太阳能电池的光电转化功率, 首要体现在关于开路电压VOC和填充因子FF的进步(图1(h)).
受上述现象启示, 咱们提出一种预掺杂战略, 以在铅卤钙钛矿太阳能电池中预先到达卤素分散平衡, 从而完成器材光电转化功率和安稳性的同步进步. 关于多层器材结构而言, 层与层之间存在较为杂乱的相互效果, 其关于钙钛矿器材功能的影响尚不清楚. 而上述研讨厘清了铅卤钙钛矿太阳能电池中离子分散与器材功率及安稳性之间的联络, 为辅导高效安稳的钙钛矿太阳能电池制备供给了新的思路.
图1 铅卤钙钛矿太阳能电池中卤素的界面分散平衡行为研讨. (a) 典型p-i-n构型的钙钛矿太阳能电池器材和其间卤素分散的示意图. (b)~(e) 原位荧光光谱图, Pero-F和Pero-B表明玻璃/钙钛矿器材结构, 激光分别从钙钛矿外表和反面入射;PCBM-F 和PCBM-B表明玻璃/钙钛矿/PCBM器材结构, 激光分别从PCBM外表和反面入射. (f) 器材元素散布的ToF-SIMS深度剖面. 器材结构为ITO/钙钛矿/PCBM(插图:空间解析ToF-SIMS得到的C−和I−在150 × 150 μm2面积上的相应三维散布图). (g) 理论模型中, 卤素离子在PCBM层不同方位上的浓度随时刻的改变曲线. (h) 卤素离子的掺杂对器材VOC和FF的影响
2024-February-04
2024-February-04
2024-February-04
2024-February-04
2024-February-04
2024-February-04