[复材信息][复材信息]Science：钝化器基化稳定钙钛矿太阳电池

2024-11-27

钙钛矿太阳能电池（PSCs）近几年来，性能取得了显著进展。表面钝化技术的应用，包括低维钙钛矿、芳香胺和铵盐配体的应用，是促进这一进步的重要因素。PSCs采用有机铵盐配体，修复表面缺陷，减少钙钛矿/电荷传输层界面处的非辐射复合。这一功能归功于铵基功能团与带电表面缺陷之间强静电的相互作用，以及其可调化学性质。虽然不同类型的铵盐配体组合可以同时实现化学钝化和现场效应钝化，但铵盐配体在光和热应力下容易去质子化，产生挥发性胺和卤素化物。通过亚胺交换反应，胺类物质可与钙钛矿发生反应。铵盐去质作用导致钝化效果丧失，并在钙钛矿薄膜表面产生位置缺陷，从而降低设备在长期运行过程中的稳定性。

最近，美国西北大学的Sargent、在钙钛矿光伏器件领域，Kanatzidis和Chen团队取得了重大突破。针对钙钛矿器件中铵盐钝化配体容易去质子化的问题，他们开发了一种针对场效应和化学钝化的基础配体库。由于共振效应的增强，N-H键可以抵抗钝化配体的去质子化，从而提高钙钛矿表面钝化层的热稳定性。这种策略使得配体的去质子化平衡常数减少了十倍以上，并且使钙钛矿膜在85°C光老化后，光致发光量子产量的维持率翻了一番。反式PSCs基于这种方法完成了26.3%的认证稳态效率，并且显示在85°在C下空气环境中稳定运行1100小时。以“相关结果”Amidination of ligands for chemical and field-effect passivation stabilizes perovskite solar cells"问题发表在Science上。

图文导读

本研究：

1、开发“基化”钝化战略，有效提高钝化配体的抗去质能力。

2、提高钝化层本身的稳定性，使钙钛矿薄膜的光电稳定性提高两倍。

3、钙钛矿光伏器件的优异效率与稳定性相结合。

A.本研究所使用的配体分子结构。通过DFT计算得到的铵基配体及其对应的N-H解离能力（ED），以及通过0.05 0.05，N配体溶液 N 酸解离常数由NaOH滴定测得。（pKa）值。C. PSCs采用不同配体钝化的光电转换效率（PCE）对比。

A.选择PDAI2和PDII2来处理新鲜和老化的钙钛矿薄膜。 1s 采用4FBAI和4FBII对新鲜和老化钙钛矿膜进行深度分析，并采用4FBAI和4FBII处理。深入剖析1s。白表示最高强度，红蓝表示最低强度。PDAI2、PDII2、C3H12N2224FBAI和4FBII处理新鲜和老化钙钛矿薄膜、C7H9FN 、C3H10N42 和C7H8FN2 ToF-SIMS分析数据。

A.钙钛矿薄膜表面周围导带中不同配体处理的电子密度（n）。TRPL光谱用于不同配体处理的钙钛矿膜。C. PLQY是否存在C60沉积条件下钙钛矿薄膜。D. 在没有C60的情况下，钙钛矿膜经85°C、PLQY在相对湿度和光照老化前后50%。

A.设备结构截面SEM图像。B.PCE统计数据，对照组，PDAI2/3MTPAI和PDII2/4FBII钝化器件。C. J-V曲线是PDII2/4FBII钝化器件的最佳选择。D. 稳定的PDII2/4FBII钝化器件输出效率。在85°C、在空气中50%相对湿度，1太阳光照条件下，玻璃封装装置的最大功率点（MPP）稳定跟踪。

用铵基代替钝化配体的导向基团，可以有效抑制配体的去质子化，显著提高高温下钝化层的稳定性，保持优异的钝化效果。因此，基化钝化配体，结合功能扩展，是开发下一代钝化策略的一个潜在方向，有望进一步提高高效钙钛矿光电器件的耐久性。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr2091

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