作者:王勇等 来源:《焦耳》 发布时间:2023/12/15 10:31:54
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亚表面晶格重构策略助力稳定光活性α相钙钛矿晶格

 

2023年12月14日,香港大学电气电子工程学院Wallace C.H. Choy教授与南方科技大学徐保民教授,浙江大学王勇教授合作在Joule期刊上发表了一篇题为“Reconstructing Subsurface Lattice for Stable Perovskite Photovoltaics”的研究成果。

该成果报道了一种亚表面晶格重构策略稳定光活性α相钙钛矿晶格,实现了~25%的效率和优异的稳定性。论文通讯作者是Wallace C.H. Choy、徐保民和王勇;第一作者是高治文、王勇。

甲酰胺(FA)基钙钛矿是制备高效率钙钛矿太阳能电池最有前途的选择之一,原因在于其优越的带隙和优异的化学组分稳定性。然而,光活性的立方相FA基钙钛矿本质上面临着结构稳定性的挑战,即在外部刺激如电场、湿气、热和光的作用下,立方相容易转变为六方相。提高立方相稳定性的常见策略是调节Goldschmidt容忍因子,使其朝向完美的立方钙钛矿结构,或者进行缺陷钝化。纯碘FA1-xCsxPbI3钙钛矿可避免不稳定的挥发性甲胺阳离子和由混合卤素离子引起的相分离。并且通过调整Cs+离子含量,甲酰胺-铯(FA-Cs)混合阳离子钙钛矿可以获得理想的容忍因子。虽然目前已经制定了一系列策略,以减少缺陷并提高FA1-xCsxPbI3钙钛矿太阳能电池的效率至>24%。然而,FA1-xCsxPbI3钙钛矿仍然面临稳定性挑战。

在ABX3型钙钛矿中,角共享八面体和面共享八面体之间存在竞争。通常不稳定的角共享八面体倾向于转变为更稳定的面共享八面体。特别是,在FA基钙钛矿中,一些面共享八面体不可避免地形成,这可以作为种子促进角共享八面体向面共享八面体的转变。一些关于金属氧化物钙钛矿的研究表明,对八面体的微小调控会导致材料功能的显著差异,包括稳定性。例如,调节八面体的倾斜程度可提高卤化物钙钛矿的稳定性。Doherty等也成功地通过增加FAPbI3中八面体的倾斜度来提高其稳定性。这些结果表明,调整晶格结构可能有效解决FA基钙钛矿的稳定性。

该研究开发了一种亚表面晶格重构(SLR)策略,通过引入极性聚磷酸盐乙二胺四(亚甲基膦酸)(EDTMP),同时调节FA0.92Cs0.08PbI3亚表面的Pb2+和I的平面位置,从而形成晶格重构的亚表面。由于抑制了[PbI6]4−八面体的旋转,所得到的晶格结构抑制了角共享八面体向面共享八面体的转变,从而增强了FA基钙钛矿的稳定性。这些钙钛矿电池表现出卓越的稳定性,在6000小时存储后保持96%的初始效率,在3000小时以上最大功率点(MPP)测试后保持95%的初始效率。

图1:亚表面晶格重构。

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图2:钙钛矿薄膜的稳定性。

图3:器件光伏性能和表征。

图4:器件稳定性。

研究结果表明,这种亚表面晶格重构策略很好地稳定了光活性α相钙钛矿晶格,实现了~25%的效率和优异的稳定性。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.11.014

 
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