高效稳定的钙钛矿太阳能电池表面缺陷的多点协同钝化

近期，河南大学纳米科学与材料工程学院李萌课题组在铅卤化物钙钛矿太阳能电池领域取得新进展，相关成果以“ Multi-point collaborative passivation of surface defects for efficient and stable perovskite solar cells”为题，以Research Article形式在国际顶级期刊《先进功能材料》（Advanced Function Materials）上发表。

铅卤化物钙钛矿太阳能电池具有优异的光伏性能，然而钙钛矿中的固有缺陷（铅碘反位和碘空位）会导致非辐射复合，降低钙钛矿器件的效率和稳定性。消除这些固有缺陷对于实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池至关重要。钝化剂在减少钙钛矿薄膜缺陷，提升器件效率和稳定性方面有巨大潜力。合理的设计功能化钝化剂，对于抑制非辐射复合，增强器件的效率和稳定性至关重要。

图1a. M4作用示意图；b.器件结构；c.2000小时的稳定性

针对上述问题，课题组选择了一种具有多个活性位点的有机小分子（4,7-溴-5,6-氟-2,1,3-苯丙噻二唑）M4来钝化铅碘反位缺陷和碘空位缺陷。我们发现，M4中的溴（Br）和氟（F）基团可以与铅（Pb）相互作用，纠正晶格畸变并钝化碘空位（VI）缺陷和PbI缺陷。硫（S）基团与碘协调，减少I-I二聚体并钝化IPb缺陷。经过M4优化后的器件效率达到了25.1%。在氮气环境中储存2000小时后，该器件保持了其初始效率的95%。总体而言，这项工作突出了钙钛矿中多位点协同钝化的优势，并为钙钛矿钝化策略提供了一种新方法。

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本文中经过多活性位点的有机小分子M4钝化前后的钙钛矿薄膜PL mapping采用卓立汉光公司的OmniFluo-FLIM测试得到。该系统基于科研级的正置显微镜搭建，样品定位精度<1um。内部光学元件可以支持多路激光耦合。显微镜后端扩展CCD光谱仪实现快速的PL Mapping。OmniFluo-FLIM可以应用在钙钛矿太阳能电池成膜质量、半导体材料检测、钙钛矿太阳能电池成膜质量及缺陷研究、荧光共振能量转移机理研究等、量子点探针等领域。

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