中科院福建物质结构研究所徐刚&兰州大学曹靖课题组:原位分解的有机金属硫属化合物(OMCs)钝化钙钛矿缺陷

化学技术 生物技术
CBG资讯    2023-12-04    299




导语


有机-无机金属卤化物钙钛矿材料具有高吸收系数、长的激子扩散距离、高的载流子迁移率、低的激子结合能等优异的光物理性质,其光电器件表现出制备工艺简单、生产成本低廉、柔性性能优异、光电性能突出等特点,在下一代信息显示、健康医疗、光通信和可再生能源等领域具有广阔的应用前景。在过去的十年中,钙钛矿太阳能电池(PSCs)的功率转换效率(PCE)记录不断被打破,并达到了26.1%的认证PCE。然而,但是目前广泛采用的钙钛矿多晶离子晶体薄膜多是基于溶液处理工艺制备的,这不可避免地会在薄膜结晶过程中产生高密度缺陷,进而限制太阳能电池器件光伏特性和稳定性的提升。钙钛矿材料中缺陷的钝化对提升电池的稳定性至关重要。近日,中科院福建物质结构研究所徐刚&兰州大学曹靖课题组联合在该研究领域取得了新进展(Angew. Chem. Int. Ed.202362, e202313833)。



前沿科研成果


原位分解的有机金属硫属化合物(OMCs)钝化钙钛矿缺陷


有机金属硫族化合物(OMCs)是一种新兴的二维材料。OMCs的结构特征是金属硫无机层被共价键合的有机官能团夹在中间。利用这种独特的结构,OMCs可能提供合并有机和无机钝化剂优势的潜力。通过精心设计,在旋涂层过程中,OMCs上密集的有机官能团可以帮助定向连接到缺陷表面。在随后的退火步骤中,有机官能团从OMCs中断裂并汽化到周围环境中,在钙钛矿的缺陷上原位形成无机钝化剂。为了优化电池性能,所得的无机钝化剂必须与钙钛矿的能级相匹配。

图1. 用OMCs原位钝化策略(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

中科院福建物质结构研究所徐刚&兰州大学曹靖课题组选择了一种OMCs, Cu-(4-巯基苯酚)(Cu-HBT),由苯酚基团共价接接{CuS}层构建。钙钛矿薄膜经厚度为5 nm的Cu-HBT处理后,由于生成的Cu2S和PbS无机钝化剂,PSCs的耐湿、耐热和耐光稳定性显著增强。此外,Cu2S和PbS有利于电荷的提取,减少了电荷的重组,使改性PSC的平均效率提高了1.8%,达到23.5%的最佳效率。


图2. 钙钛矿电池性能测试(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

该研究成果发表于国际化学领域权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。该论文共同第一作者为中国科学院福建物质结构研究所王观娥研究员和兰州大学肖国斌博士,通讯作者为中国科学院福建物质结构研究所徐刚研究员和兰州大学曹靖教授。研究工作得到了国家自然科学基金委员会、福建省科技厅和海西研究院的资助。

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