AM:通过π共轭路易斯碱基聚合物诱导陷阱钝化和电荷提取的稳定高效的有机金属卤化物混合钙钛矿太阳能电池

  • A+

具有最佳晶体形态的高质量无针孔钙钛矿薄膜对于实现高效,高稳定性的钙钛矿太阳能电池(PSC)至关重要。在这项研究中,在钙钛矿膜形成的反溶剂过程中,将p型π共轭聚合物PBDB-T引入氯苯中以形成一种简便有效的模板剂。发现π共轭聚合物PBDB-T引发钙钛矿前体膜上的异质成核,并通过在铅和PBDB-T中氧原子之间形成路易斯加合物来钝化混合钙钛矿膜的陷阱态。p型半导体和疏水性PBDB-T聚合物填充了钙钛矿的晶界,以改善电荷转移,从而具有更好的导电性,并防止水分侵入钙钛矿活性层中。因此,采用PBDB-T改性反溶剂处理的PSC可获得接近20%的高效率,并且该器件表现出出色的稳定性,在干燥空气中储存150 d后,仍保持约90%的初始功率转换效率。



a. PBDB-T的化学结构

b. PSCs的能级图

c. PSC的器件结构

d. PSCs的横断面扫描电镜图像



a. 照明的J-V特性

bc. 最佳器件的IPCE, J-V曲线

d. 不同浓度PBDB-T溶解在反溶剂CB中的混合三元阳离子钙钛矿薄膜的XRD光谱



具有溶解在反溶剂CB中的不同浓度(I)0.0,(II)0.5,(III)1.0,(IV)2.0和(V)5.0 mg mL-1 的PBDB-T的混合三元阳离子钙钛矿薄膜的(a)SEM,(b)形貌和(c)EFM图像中的振幅



FTO基材上混合了不同浓度PBDB-T溶解在反溶剂CB中三元阳离子钙钛矿薄膜的(a)FTIR光谱,(b)光热偏转光谱(PDS),(c)稳态PL光谱和(d)时间分辨PL光谱

e.潜在的表面缺陷部位

 f.PBDB-T钝化的钙钛矿空穴传输过程



a. 基于30个设备的效率直方图

b. 在J–V曲线上的最大功率点(0.90 V)的固定电压下,PCE作为时间的函数(反向扫描,从开路到短路)

c. 稳定性测试,适用于1.0 mg mL-1 PBDB-T不溶于和溶于反溶剂CB中的PSC。测量是在室温(≈20%到25°C),湿度约为70%的环境条件下以0.1 V s-1的扫描速率进行的。扫描在正向偏置下开始和结束,并且在扫描之前在照明下的正向偏置下具有2 s的稳定时间。测试后,将没有封装的器件存储在干燥箱中,在黑暗中于室温下湿度约为25%,以进行稳定性测试


总而言之,作者介绍了一种简便有效的反溶剂工程方法,在钙钛矿膜形成过程中,将少量p型共轭聚合物PBDB-T溶解在CB中作为反溶剂。在SEM,EFM,FTIR,PL,FTIR,拉曼,TRPL和PDS技术的支持下,作者发现PBDB-T可以触发钙钛矿前体膜上的异相成核,从而改善膜质量。聚合物中富电子的O原子充当路易斯碱,钝化钙钛矿的晶界陷阱态。同时,针状结构PBDB-T填充了钙钛矿晶界,而聚合物的空穴传输能力改善了钙钛矿与HTL之间的电荷转移。连接晶界的疏水性聚合物负载量很小,可防止水分侵入钙钛矿薄膜中,并能长期稳定钙钛矿薄膜。与不带PBDB-T的器件相比,带PBDB-T修饰的PSC具有更高的效率和更好的稳定性。这种有前途的方法为实现高效率,高稳定性和低成本PSC提供了新的工程指导。


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0