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Advanced Materials综述:二维钙钛矿表面钝化实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池

发布时间:2021-12-13


引言

三维(3D)钙钛矿太阳能电池(PSC)在下一代光伏器件中显示出巨大的应用前景。然而,在其商业化生产之前需要解决一些挑战,例如表面形成的大量缺陷,导致严重的SRH重组,以及组成之间的材料相互作用不足,导致热、水分和光诱导的降解。2D钙钛矿材料,其中有机层起到了阻挡水分或离子侵蚀的保护屏障作用,由于具有显著的稳定性,近年来受到越来越多的关注。受此启发,采用2D钙钛矿进行3D薄膜表面钝化引发了新的研究浪潮,以同时实现更高效率和稳定的太阳能电池。。

在此,本综述利用大量文献,全面总结了近年来利用表面钝化技术制备2D/3D异质结PSCs的研究进展。本综述首先介绍了晶体结构,其次介绍了2D和3D钙钛矿结合的优点。然后,系统地讨论了2D/3D PSCs的表面钝化策略、光电性能、增强稳定性和光伏性能。最后,本综述提出了利用2D钙钛矿钝化技术的展望,以期对未来进一步提高光伏性能有所启示。

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成果简介

要点一 钙钛矿结构

3D钙钛矿:化学结构式为ABX3,A表示较小尺寸的有机胺阳离子;B代表过渡金属阳离子;X为卤素离子。晶体框架由角共享的BX6八面体构成。优异的光电性质使得单节器件效率超过 25%。尽管如此,但3D钙钛矿仍然存在明显的缺点,例如表面存在大量缺陷和不稳定性质。

2D钙钛矿:离子半径影响结构,可以通过Goldschmidt容差因子 (t) 定义。3D钙钛矿的 t 通常在0.8到1之间。2D钙钛矿中较大的胺阳离子撑开BX6共享角连接,形成稳定的有机层和无机层交替的二维结构 (t>1)。同时,天然的多量子阱结构导致严重的能量损失。<100>取向结构作为最常用种类可以进一步分为RP、DJ和ACI相。

表面钝化形成的2D/3D异质结:2D钙钛矿作为3D钙钛矿薄膜的表面钝化剂,在化学上结合形成异质结构,具有以下优点:(1) 修复表面MA/FA/I空位缺陷,提高薄膜质量。(2) 间隔有机层阻挡离子迁移和水分侵蚀,同时兼备较大的形成能,从而提升材料的稳定性。(3) 由2D/3D钙钛矿堆叠形成的异质结构有效地促进电荷转移/提取,以提高器件的光伏性能

要点二 二维钙钛矿表面钝化技术

钝化剂种类:2D钙钛矿钝化剂可分为三种类型:A‘X (胺盐,X=卤素) 和A’ (胺分子),A‘2An-1PbnI3n-1 (集成的二维钙钛矿)。 

例如丁胺分子钝化:2BA+nMAPbI3→(BA)2(MA)(

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