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材料与能源学院华雍、解琳团队在国际能源期刊ACS Energy Letters发表最新研究成果

2021-11-23  

近日,材料与能源学院以云南大学为唯一通讯单位,在ACS Energy Letters (影响因子23.101)上发表研究论文“Interfacial Defect Passivation and Charge Carrier Management for Efficient Perovskite Solar Cells via a Highly Crystalline Small Molecule”ACS Energy Lett. 2021, 6, 4209–4219. https://pubs.acs.org/ doi/10.1021/acsenergylett.1c01898)。硕士生赵荣梅为文章第一作者,华雍副研究员和解琳副教授为共同通讯作者。

近年来,有机无机杂化钙钛矿太阳能电池 (PSC) 发展突飞猛进,在短短十年里其光电转化效率(PCE)3.8%迅速提升到目前25.5%的认证效率,被视为最具有商业化应用潜力的新型高效率太阳能电池之一。在高效率钙钛矿太阳能电池中,空穴的产生与收集效率是决定电池光电转化效率的一个重要因素,目前,高效率钙钛矿太阳能电池大多采用双(三氟甲基磺酰基)亚胺 (LiTFSI) 掺杂的有机小分子Spiro-OMeTAD作为空穴传输材料。尽管LiTFSI能够辅助氧化Spiro-OMeTAD以提高其空穴迁移率, 然而LiTFSI具有吸湿性容易在空穴传输层里发生聚集并形成针孔,从而导致基于Spiro-OMeTADPSC热稳定性降低,并且在高温下热稳定性进一步恶化。此外,钙钛矿薄膜界面处的非辐射复合损失被认为是限制钙钛矿电池光电压的主要原因,通过有机分子界面缺陷钝化策略被认为是解决非辐射复合损失的有效方法之一。然而,大多数分子钝化剂都被精细调控成超薄层,以最大限度地减少电荷载流子的损失,这增加了该过程的难度和可重复性。此外,电子传输层和空穴传输层的不平衡电荷载流子提取效率也是界面复合的另一个重要问题。基于以上问题,团队通过引入高结晶性的有机小分子材料(C8-BTBT)对钙钛矿电池的上下界面进行有效的界面缺陷,降低钙钛矿材料的缺陷态密度。同时,C8-BTBT在空穴传输层中作为第三种掺杂剂可以有效地抑制LiTFSI在空穴传输层里聚集, 避免薄膜中针孔的形成,最终达到提高钙钛矿太阳能电池的热稳定性的目的。此外,C8-BTBT的掺杂可以有效地提高空穴传输材料的空穴迁移能力,缓慢冷却钙钛矿材料的热载流子以及提升热载流子提取过程,最终实现电池光电转化效率的显著提升。本研究为基于Spiro-OMeTAD空穴传输层制备的钙钛矿太阳能电池的界面工程提供重要的理论性指导性,为实现钙钛矿太阳能电池的高效率和热稳定性提供新的思路与策略。

1. (a) C8-BTBT的化学结构;(b) C8-BTBTSpiro-OMeTADCH2Cl2溶液中的紫外可见吸收光谱;(c) 能级图;(de) C8-BTBT的晶体结构图谱;(f) C8-BTBT的仅空穴器件的SCLC测量;(g) 基于C8-BTBT的界面修饰工程示意图。


2. PSCs湿度稳定性和热稳定性提升研究及Spiro-OMeTAD的形貌在高温老化下形貌变化研究。


该团队致力于光电材料设计合成,新型太阳能电池开发利用、光电材料激子态动力学等领域研究并取得了一系列的研究成果,在ACS Energy Lett., 2021, 6, 2218; Chem Eng J, 2022, 430, 133065; J Energy Chem, 2022, 65, 312; EcoMat, 2021, e12146; Cell Reports Physical Science, 2021, 2, 100590; Sci Bull, 2020, 65, 1237等国际知名期刊先后发表多篇研究论文。


供稿:材料与能源学院

编辑:李哲

责任编辑:王崴


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