江蘇海大史林興CEJ：空氣環(huán)境中制備高效鈣鈦礦太陽能電池的PbI?薄膜添加劑策略

發(fā)表時(shí)間：2025-04-25 15:09

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主要內(nèi)容：

在鈣鈦礦薄膜的兩步法制備工藝中，有機(jī)銨鹽與PbI?（碘化鉛）反應(yīng)不充分這一現(xiàn)象會顯著影響活性層的質(zhì)量，進(jìn)而致使光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）處于低下水平。

在本研究中，由江蘇海洋大學(xué)理學(xué)院院長史林興教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，引入了戊胺乙酸（Pentanamine acetic acid，簡稱PenAAc）和5 - 氨基戊酸碘（5 - aminovaleric acid iodine，簡稱5 - AVAI）作為兩種高效添加劑，在空氣環(huán)境中通過兩步法制備鈣鈦礦薄膜時(shí)對PbI?層進(jìn)行修飾。

經(jīng)添加劑修飾后，兩種PbI?層的結(jié)晶度和晶粒尺寸等質(zhì)量指標(biāo)均得到顯著提升：PenAAc提高了PbI?的結(jié)晶度，并增大了PbI?晶粒尺寸；而5 - AVAI則誘導(dǎo)形成了均勻且光滑的PbI?層。盡管PenAAc和5 - AVAI對PbI?層的作用機(jī)制存在差異，但它們都有效地改善了PbI?層的質(zhì)量，為后續(xù)生成高質(zhì)量的鈣鈦礦層創(chuàng)造了有利條件。

具體而言，5 - AVAI的大分子結(jié)構(gòu)在退火后不會發(fā)生擴(kuò)散，仍保留在PbI?層中，對鈣鈦礦表面的影響微乎其微。而PenAAc分子中解離的CH?COO?（乙酸根）基團(tuán)在退火過程中會從PbI?層擴(kuò)散到鈣鈦礦表面，與I?（碘離子）和Pb2?（鉛離子）形成強(qiáng)相互作用。這一過程進(jìn)一步提高了鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量，并加速了器件中電荷載流子的提取與傳輸。退火過程在[具體溫度]下進(jìn)行，持續(xù)[具體時(shí)間]。本研究中，PenAAc和5 - AVAI分別以[X] mol/L和[Y] mol/L的濃度，通過[具體添加方式]添加到PbI?層中。

因此，經(jīng)添加劑修飾的鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率，分別為24.50%（5 - AVAI）和24.65%（PenAAc），顯著高于對照器件（22.84%）。光電轉(zhuǎn)換效率的提升與滯回指數(shù)的降低密切相關(guān)，較低的滯回指數(shù)有助于減少器件在充放電過程中的能量損失，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。此外，滯回指數(shù)從對照器件的4.20%大幅降低至5 - AVAI器件的0.33%和PenAAc器件的0.08%，這有助于減少器件在運(yùn)行過程中的性能衰減，提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。而且，修飾后的器件在濕度、光照和熱應(yīng)力條件下也表現(xiàn)出更優(yōu)的環(huán)境穩(wěn)定性。