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武大台启东/刘晓伟、港理工唐关琦 CEJ：垂直分布的碘化铅纳米片用于空气中制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池

时间：2022-11-19 来源： 浏览：

武大台启东/刘晓伟、港理工唐关琦 CEJ：垂直分布的碘化铅纳米片用于空气中制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池

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#太阳能电池 31 个
#钙钛矿 36 个
#PbI2纳米片 2 个
#空气中制备 2 个

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在空气环境中制备钙钛矿太阳能电池（ PSC ）在技术上有利于其实现商业化。然而，空气中所制备 PSC 的光伏性能仍然落后于其在惰性气氛中所制备的对应产物。为了实现 PSC 的商业化生产，一个重要的挑战就是在任意环境湿度下生长出高质量的钙钛矿薄膜。

鉴于此，武汉大学台启东课题组和刘晓伟课题组，以及香港理工大学的唐关琦合作在《 Chemical Engineering Journal 》期刊上发表了题为 “Vertical distribution of PbI 2  nanosheets for robust air-processed perovskite solar cells” 的论文。论文提出了一种有效的非卤化物添加剂策略，该方法可以在高湿度空气中生长具有大晶粒尺寸、高结晶度和垂直生长取向的高质量钙钛矿薄膜。尤为独特的是， PbI 2 2D 纳米片形成并垂直分布在钙钛矿薄膜的晶界处，起着强有力的钝化作用。基于该钙钛矿薄膜增强的结晶性和其内部 2D PbI 2 纳米片的分布调控，其相对应器件显示出效率和稳定性的显着提高。因此，基于 MAPbI 3 和 MA 0.6 FA 0.4 PbI 3 的钙钛矿太阳能电池分别获得了接近 20% 和超过 21% 的转换效率。此外，这些器件在未封装的条件下显示出显著提高的空气稳定性，热稳定性与光稳定性。这项工作为 PSC 的商业化生产提供了一种可靠且具有成本效益的策略。
图 1 . （ a ） 制备钙钛矿薄膜的示意图。（ b ） MAPbI 3 ， MAPbI 3 -S 和 MAPbI 3 -SS 样品的 SEM 平面图和截面图。比例尺， 500 nm 。（ c ）在潮湿空气中制备的 PbI 2 和 MAPbI 3 薄膜 XRD 图谱，无需退火。 PbI 2 -S 和 MAPbI 3 -S 表示 5% Pb(SCN) 2 的添加。（ d ） MAPbI 3 -SS 样品的高分辨率透射电镜图像，插图显示了对应的快速傅里叶变换图案。（ e ）在 MAPbI 3 -SS 样品晶界处通过 PEA 阳离子调节生长的 2D PbI 2 纳米片示意图。
图 2 . MAPbI 3 ， MAPbI 3 -S 和 MAPbI 3 -SS 样品的（ a ）紫外光谱，（ b ）稳态 PL 光谱，（ c ） TRPL 衰变光谱，（ d ）纯电子器件暗光 J-V 曲线，（ e ） V OC 对光的依赖性曲线，（ f ）暗光 J-V 曲线。对于 PL 和 TRPL 测试，所有样品均在石英衬底上制备，并用波长为 485 nm 的皮秒脉冲激光激发。
图 3 . （ a ） MAPbI 3 ， MAPbI 3 -S 和 MAPbI 3 -SS 器件的代表性 J-V 曲线。（ b ）最佳性能 MAPbI 3 -SS 器件的   J-V 曲线。（ c ） 30 个 MAPbI 3 ， 30 个 MAPbI 3 -S 和 30 个 MAPbI 3 -SS 器件的光伏参数统计图。
图 4 . （ a-c ） MAPbI 3 ， MAPbI 3 -S 和 MAPbI 3 -SS 薄膜 120 天的紫外光谱变化。（ d-f ）老化 120 天的 MAPbI 3 ， MAPbI 3 -S 和 MAPbI 3 -SS 薄膜 SEM 平面图。比例尺， 500 nm 。（ g ） MAPbI 3 ， MAPbI 3 -S 和 MAPbI 3 -SS 器件的归一化 PCE 变化图。稳定性测量遵循 ISOS-D-1 协议。
图 5 . （ a ） MA 0.6 FA 0.4 PbI 3 -SS 器件的 SEM 截面图。比例尺， 500 nm 。（ b ）最佳性能 MA 0.6 FA 0.4 PbI 3 -SS 器件的   J-V 曲线。（ c ） 最佳性能 MA 0.6 FA 0.4 PbI 3 -SS 器件的 IPCE 光谱。（ d ） MA 0.6 FA 0.4 PbI 3 -SS 器件在 0.97 V 偏压下的稳定功率输出。
作者团队简介：
台启东课题组长期致力于发展高性能钙钛矿电池的低成本制备技术。此前已就如何在大气环境下制备高质量钙钛矿薄膜开展了系列创新研究，相关工作在 Nat. Commun. 2016, 7, 11105; Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2102169 ； Chem. Eng. J. 2022, 442, 136257 。
博士生朱振坤和硕士生商继涛为该文的共同第一作者。该项工作受到国家自然科学基金的支持。

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722056431

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