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有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cell,PSC)因为其低廉的制备成本和快速提升的效率(power conversion efficiency,PCE),在光伏领域展现出了巨大的潜力。然而,通过溶液法制备的钙钛矿薄膜不可避免会产生界面缺陷。一方面,界面缺陷势必导致光生电荷的复合,影响电荷的分离、传输与收集,限制了PSC的PCE。另一方面,缺陷作为导致钙钛矿薄膜的持续分解的重要因素,阻碍了其商业化的进程。因此,减少甚至消除钙钛矿薄膜的缺陷,对于提高电池的PCE和稳定性至关重要。 近日,中国人民大学慕成教授和福建农林大学林智超、欧阳新华教授课题组合作,将含有氰基与氨基的有机小分子4-氨基邻苯二甲腈(4-Aminophthalonitrile,4-APN)作为界面钝化层,通过氰基和游离Pb2+离子形成多齿配位,有效地钝化了钙钛矿中Pb2+基缺陷,抑制了界面处的电荷复合,改善了载流子的传输效率,提升了电池的PCE。另外,疏水型苯基的引入,增加了钙钛矿薄膜的抗湿能力,电池的长期稳定性出现了显著改善。
图1. 4-氨基邻苯二甲腈可对钙钛矿薄膜晶界处的缺陷进行精准钝化。 与对照组PSC相比,经过4-APN钝化的电池,其PCE显著提升(达到了21.10%)。 图2. 修饰后的器件改善了能级匹配并提升了光伏性能。 经过钝化后,器件在空气中储存800 h与和在氮气中储存1200 h后,均能保持初始PCE的100%。 图3. 经过修饰的器件大幅提升了环境稳定性。 综上述所,这一研究工作证明了氰基基团对于钙钛矿薄膜界面钝化的可行性,并显著提升电池的PCE和工作稳定性,为开发稳定高效的PSC提供了一种行之有效的策略。 论文信息 Highly Stable Perovskite Solar Cells Based on the Efficient Interaction between Pb2+ and Cyano Groups of 4-Aminophthalonitrile Hairui Duan, Prof. Dr. Zhichao Lin, Dr. Xiangning Xu, Qili Song, Dr. Hongye Dong, Dr. Xiaowen Gao, Prof. Dr. Cheng Mu, Prof. Dr. Xinhua Ouyang Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202302703
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