22.09% PCE 倒置钙钛矿! 羟基化NFA如何发挥作用?

发表时间:2021-12-22      点击次数:626

科研专栏 / ENLITECH


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作者:中国科学院大连化学物理研究所李灿团队

DOI: 10.1039/d1ee02248b


Energy & Environmental Science (IF 38.532) 在近期发表一项研究,探讨可用于倒置钙钛矿太阳能电池的羟基化非富勒烯受体,并达成 22.09% 高效率。在过去十年中,有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池 (PSC) 引发了广泛的研究,功率转换效率 (PCE) 也接连提高。与传统 n-i-p 结构的 PSC 相比,倒置 p-i-n 结构的 PSC (i-PSC) 表现出可忽略不计的迟滞现象和可用于构建串联太阳能电池的潜力。但是,由于缺陷态的非辐射复合和电子传输层的能量不匹配,i-PSC 的功率转换效率 (PCE) 仍然落后于传统电池。


在此研究中,为同时减少缺陷和改善电子传输,研究团队使用羟基化非富勒烯受体 NFA (称为 IT-DOH) 来修饰钙钛矿和电子传输层 (ETL) 间的界面。IT-DOH 分子主要分布在晶粒边界处,并以三种方式起作用:

第一,与参考分子 ITIC 相比,除了 -CN 和 -C=O 基团外,额外的 -OH 还可以与 Pb2+ 进一步钝化钙钛矿薄膜的缺陷,并更有效地抑制非辐射复合。

第二,ITDOH 的 LUMO 能级形成级联能级排列,并促进电子提取。

第三,由于分子间氢键相互作用引起的共轭面拉长,IT-DOH 分子呈现出长程有序的分子排列和正面取向,有利于电子从钙钛矿传输到 ETL。


通过光焱科技太阳光模拟器进行电流密度-电压 (J−V) 量测、正向扫描和反向扫描,并以光焱科技 QE-R 量子效率测量系统进行外部量子效率 (EQE) 检测研究结果发现,经 IT-DOH 处理的 i-PSC 在实现了 22.09% 的 PCE,是目前已发表有关 NFA i-PSC 论文中的最高值。此研究也证实 NFA 分子的羟基化对于减少缺陷和改善电子提取/传输非常重要。


光焱科技量子效率测量系统除了用于太阳能电池的 EQE (External Quantum Efficiency) 光谱分析,同时对于太阳能电池在太阳光模拟器下的短路电流,也提供了Jsc (short-circuit current density) 的比对,以证明实验的准确性。此外,光焱科技的SS系列太阳光模拟器与 KA-6000 软件,也同时提供了短路电流对时间变化的监控,以证明太阳能电池的稳定性。


图表解析


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IT-DOH的化学结构和钙钛矿薄膜的沉积过程。

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CsFAMA PSC 的 EQE 曲线和 Jsc。

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反向和正向扫描的 J-V 曲线,包含 IT-DOH 处理的 (a) CsFAMA 钙钛矿和 (b) CsFA 钙钛矿。


本文关键词:

非富勒烯受体、 non-fullerene acceptor、NFA、 倒置钙钛矿太阳能电池、p-i-n PSC、太阳光模拟器、Solar Simulator 、量子效率、Quantum Efficiency


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