重磅Science:24.5%,超過2000小時! 2022年9月24日 上午12:18 ? 頂刊 ? 閱讀 54 本文報告了制造溶液處理的3D/2D HaP雙層結構的溶劑設計原理 溶液處理鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率(PCE)逐步提高,部分原因是鈍化了鈣鈦礦吸收層和電荷傳輸層之間的晶界和界面。二維(2D)鹵化鈣鈦礦(HaP)鈍化層在改善開路電壓(VOC)和填充系數(FF)方面最有效,通常通過在3D HaP上自旋涂覆分散在異丙醇或氯仿中的有機陽離子來生長。這種涂層從3D鈣鈦礦層中去除了一些多余的碘化鉛(PbI2),然后形成異質2D相或寬帶隙2D HaP的超薄層。 正如最近使用濕熱測試所證明的那樣,這些處理提高了耐用性。然而,對二維HaP的相純度、薄膜厚度、取向和結構相位缺乏控制,限制了它們作為界面鈍化層的使用。Janget等人通過控制壓力、溫度和時間,展示了2D BA2PbI4鈣鈦礦在3D薄膜上的無溶劑生長,這表明了高質量3D/2D界面的重要性。然而,這種固態平面內增長很難擴展到大面積場景。因此,當前缺乏具有所需能級、厚度和取向的3D/2D HaP溶液處理異質結構的制造工藝。 2022年9月22日,Science在線發表了萊斯大學Aditya D. Mohite副教授和法國雷恩大學Jacky Even教授(共同通訊作者)等人的工作Deterministic fabrication of 3D/2D perovskite bilayer stacks for durable and efficient solar cells,本工作表明了溶劑的性質對形成3D/2D鈣鈦礦異質結具有重要的影響,從而決定了太陽能電池的性能。 作者報告了制造溶液處理的3D/2D HaP雙層結構的溶劑設計原理,其所需的薄膜厚度和任何2D HaP,包括Ruddlesden-Popper(RP)、Dion-Jacobson(DJ)或交替陽離子層(ACI),由一般公式L’An-1BnX3n+1(DJ)描述,其中L′是長鏈有機陽離子,A是小單價陽離子,B是二價金屬,X是單價陰離子,n是沿堆疊方向的PbI6鍵合八面體的數量。該方法利用了加工溶劑的兩個基本特性:介電常數(εr)和Guttman供體數(DN),它們控制前體離子和溶劑之間的配位。使用介電常數εr>30和5<DN<18 kcal/mol的處理溶劑,在旋涂、刀刮或槽模涂層加工過程中,可以有效地溶解2D HaP粉末而不溶解或降解底層3D鈣鈦礦薄膜。 不同n值和薄膜厚度的控制能夠逐步調整異質結構從I型到II型,II型中2D鈣鈦礦充當運輸層。使用厚度為50 nm的RP 2D BA2MA2Pb3I10鈣鈦礦在常規n-i-p器件中實現了24.5%的PCE,開路電壓Voc為1.20 V。通過有機光穩定性國際峰會ISOS-L-1協議(環境條件下的最大功率點跟蹤),將3D/純相2D(PP-2D)HaP雙層PSC與使用2D鈍化的3D層、3D層和2D層的PSC的穩定性進行比較表明,3D/PP-2D HaP雙層器件表現出非凡的穩定性,在55°C和65%相對濕度的持續光照下,太陽能電池在2000小時內保持了24.5%的峰值PCE,降解低于1%。因此,這些結構具有二維鈣鈦礦薄膜的耐用性,同時不影響PCE。 圖1. 制造溶液處理的3D/PP 2D HaP雙層堆疊的設計原理 圖2. n = 1至4的3D和3D/PP-2D HaP雙層的結構和光學光譜表征 圖3. .3D/PP-2D HaP界面表征 圖4. 3D/PP-2D(BA2MA2Pb3I10)HaP雙層太陽能電池的光伏性能和長期穩定性 文獻信息 Sidhik et al., Deterministic fabrication of 3D/2D perovskite bilayer stacks for durable and efficient solar cells. Science 377, 1425-1430 (2022) https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7652 原創文章,作者:華算老司機,如若轉載,請注明來源華算科技,注明出處:http://www.zzhhcy.com/index.php/2022/09/24/e4c66c5ebf/ 今日Science 贊 (0) 0 生成海報 相關推薦 天大韓曉鵬/胡文彬&海大鄧意達AFM:配體效應與扭轉應變協同策略助力高pH工業級產氫 2023年10月3日 ?南大EnSM: 用于鋰氧電池的二維鉬基化合物:催化性能和電子結構研究 2023年10月29日 ?國科大劉向峰Angew:實現石榴石基固態電池中富鋰氧化物正極的高容量和高穩定性 2023年12月19日 廣工大ACS Nano:基于結構和電解液工程的高穩定鈉離子電池ZnS陽極 2024年3月15日 俞書宏院士團隊,最新AM! 2023年11月6日 北大潘鋒/張明建AEM:揭示Co和Ni在富錳層狀正極中的作用 2023年10月16日