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华科王鸣魁&李雄杰AEM:25.14% 1000h近0衰减 纳米级湿度侵入钙钛矿探究

发布时间:2025-04-25 来源:公众号

已有策略通过在前驱体墨水中添加分子(添加剂)或作为额外层(钝化剂)来提高PSCs的稳定性,但含硫基添加剂在钙钛矿太阳能电池制造中的潜力尚未充分探索。(此前曾报道锍基材料稳定性高达9W多小时)

来自西班牙巴斯克材料应用中心(BCMaterials)Samrana Kazim & Shahzada Ahmad,以及来自华中科技大学王鸣魁教授 & 李雄杰团队研究了含硫多功能添加剂对提高钙钛矿太阳能电池效率和湿度稳定性的影响。文章的创新点在于揭示了硫杂原子含铵-酰胺盐对甲酰胺基钙钛矿吸收层的光电物理和器件性能的影响,并通过实时和纳米尺度监测技术,包括透射红外表征,推断出是湿度吸附而非质子迁移在钙钛矿表面导致钙钛矿降解。

实验结果表明,经过ISO-Br和ISO-I处理的钙钛矿太阳能电池显示出更高的结晶度和更长的寿命衰减,实现了25.14%的高光电转换效率(PCE),相较于对照组的22.49%有所提高。此外,改性后的PSCs显示出改善的长期稳定性,在1000小时后保持了超过99.6%的初始PCE。


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图1:a) 使用的添加剂的分子结构,b) 对照PSC器件、ISO-I(1.5 wt.%)处理和ISO-Br(2.0 wt.%)处理PSC器件的J-V曲线(活性面积为0.06 cm²),c) 在氮气氛围下50°C的1-sun照明下设备的最大功率点跟踪。

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图2:a) 稳态光致发光,b) 时间分辨光致发光曲线。飞秒瞬态吸收光谱在0.1到1000皮秒的早期延迟时间下对c) 对照钙钛矿、d) ISO-I和e) ISO-Br改性钙钛矿进行探测。样品被激发于500纳米(2.48 eV)的激光脉冲,能量密度为0.7 μJ cm²。f) 在764纳米处探测的光漂白动力学延迟,展示了三种钙钛矿样品的动力学,插图显示了短时间延迟(约5皮秒)的动力学。

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图3:Kelvin Probe Force Microscopy分析。a) 草图展示了样品在手套箱和湿度室之间的交换。对照组、ISO-Br处理和ISO-I处理钙钛矿半电池在85%湿度下暴露24小时前后的拓扑图(b,d,f)和计算的工作函数(c,e,g)。h) 粗糙度和i) 工作函数变化的对照组、ISO-Br和ISO-I样品在湿度暴露前后的变化及其误差条。

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图4:质子迁移分析。a) ISO-Br处理的Cs0.05MA0.05FA0.9PbI3薄膜在暴露于43%相对湿度的D2O前后的IR光谱(t = 0小时,黑线和t = 124小时,红线)。b) 对照组、ISO-Br处理和ISO-I处理的Cs0.05MA0.05FA0.9PbI3样品暴露于D2O蒸汽(RH = 43%)在室温下的相对H/D组成(m(t))。插图显示了短时间暴露时的变化,实线根据扩散模型获得最佳拟合。c) ISO-Br和d) ISO-I处理的Cs0.05MA0.05FA0.9PbI3薄膜暴露于D2O(RH = 43%)的IR光谱


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