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王言博助理教授&韩礼元教授: 1cm2钙钛矿器件世界记录,把论文写在祖国大地上
发布日期:2022/4/19 15:45:00 阅读次数:154470

文章链接:https://doi.org/10.1007/s11426-022-1244-y

钙钛矿太阳电池效率已达25.7%(0.1 cm2)。然而,大面积化和稳定性仍是钙钛矿太阳电池实现商业化道路上的重要挑战。为了降低尺寸效应,此前的工作主要集中在改善钙钛矿和电荷传输层的均匀性上,对于纳米级钝化层的均匀性却少有关注。此外,高效钙钛矿电池普遍存在空穴传输材料p型掺杂带来的稳定性问题。

近日,银河总站的韩礼元团队在SCIENCE CHINA Chemistry报道了钙钛矿太阳电池标准面积器件世界最高纪录,获得第三方测试机构认证。韩礼元教授和王言博助理教授为论文的通讯作者,硕士生苏弘桢、博士生林雪松为共同第一作者。

该工作提出了利用空穴传输层掺杂过程产生的废物对钙钛矿进行均匀钝化的一体化策略(AIO)。具体而言,该团队采用EIm-TFSI离子液体取代氧气和Li-TFSI,实现对空穴传输层的均匀掺杂。同时,掺杂后的产物EIm自发渗入钙钛矿,实现Pb0和I0缺陷的均匀钝化。最终,AIO器件(0.09 cm2)获得了24.05%的正扫效率。将器件面积扩大至1.04 cm2,器件性能仅下降0.3%,第三方认证结果达23.12%,为当前的世界纪录。而参照组则从23.27%(0.09 cm2)降低到21.87%(1.04 cm2)。此外,AIO器件在标准光照,最大功率点下运行1600小时后仍保持初始效率的90%。这主要归功于AIO方法对钙钛矿的均匀钝化抑制了器件中的离子移动,且避免了氧气、吸湿性的Li-TFSI和锂基废物对钙钛矿的破坏。

该工作为钙钛矿薄膜大面积均匀钝化提供了一种全新的思路,为相关材料的设计留下了很大的空间,有望在不同结构的钙钛矿器件及其他光电器件中实现应用。

图1 AIO方法示意图及反应的热力学可行性。


图2 EIm-TFSI掺杂的有效性和均匀性


图3 AIO方法的钝化机理及效果


图 4 器件的性能和表征

作者:苏弘桢


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