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    華科王鳴魁&李雄杰AEM:25.14% 1000h近0衰減 納米級濕度侵入鈣鈦礦探究

    發(fā)布時(shí)間:2025-04-25 來源:公眾號

    已有策略通過在前驅(qū)體墨水中添加分子(添加劑)或作為額外層(鈍化劑)來提高PSCs的穩(wěn)定性,但含硫基添加劑在鈣鈦礦太陽能電池制造中的潛力尚未充分探索。(此前曾報(bào)道锍基材料穩(wěn)定性高達(dá)9W多小時(shí))

    來自西班牙巴斯克材料應(yīng)用中心(BCMaterials)Samrana Kazim & Shahzada Ahmad,以及來自華中科技大學(xué)王鳴魁教授 & 李雄杰團(tuán)隊(duì)研究了含硫多功能添加劑對提高鈣鈦礦太陽能電池效率和濕度穩(wěn)定性的影響。文章的創(chuàng)新點(diǎn)在于揭示了硫雜原子含銨-酰胺鹽對甲酰胺基鈣鈦礦吸收層的光電物理和器件性能的影響,并通過實(shí)時(shí)和納米尺度監(jiān)測技術(shù),包括透射紅外表征,推斷出是濕度吸附而非質(zhì)子遷移在鈣鈦礦表面導(dǎo)致鈣鈦礦降解。

    實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過ISO-Br和ISO-I處理的鈣鈦礦太陽能電池顯示出更高的結(jié)晶度和更長的壽命衰減,實(shí)現(xiàn)了25.14%的高光電轉(zhuǎn)換效率(PCE),相較于對照組的22.49%有所提高。此外,改性后的PSCs顯示出改善的長期穩(wěn)定性,在1000小時(shí)后保持了超過99.6%的初始PCE。


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    圖1:a) 使用的添加劑的分子結(jié)構(gòu),b) 對照PSC器件、ISO-I(1.5 wt.%)處理和ISO-Br(2.0 wt.%)處理PSC器件的J-V曲線(活性面積為0.06 cm2),c) 在氮?dú)夥諊?0°C的1-sun照明下設(shè)備的最大功率點(diǎn)跟蹤。

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    圖2:a) 穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光,b) 時(shí)間分辨光致發(fā)光曲線。飛秒瞬態(tài)吸收光譜在0.1到1000皮秒的早期延遲時(shí)間下對c) 對照鈣鈦礦、d) ISO-I和e) ISO-Br改性鈣鈦礦進(jìn)行探測。樣品被激發(fā)于500納米(2.48 eV)的激光脈沖,能量密度為0.7 μJ cm2。f) 在764納米處探測的光漂白動力學(xué)延遲,展示了三種鈣鈦礦樣品的動力學(xué),插圖顯示了短時(shí)間延遲(約5皮秒)的動力學(xué)。

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    圖3:Kelvin Probe Force Microscopy分析。a) 草圖展示了樣品在手套箱和濕度室之間的交換。對照組、ISO-Br處理和ISO-I處理鈣鈦礦半電池在85%濕度下暴露24小時(shí)前后的拓?fù)鋱D(b,d,f)和計(jì)算的工作函數(shù)(c,e,g)。h) 粗糙度和i) 工作函數(shù)變化的對照組、ISO-Br和ISO-I樣品在濕度暴露前后的變化及其誤差條。

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    圖4:質(zhì)子遷移分析。a) ISO-Br處理的Cs0.05MA0.05FA0.9PbI3薄膜在暴露于43%相對濕度的D2O前后的IR光譜(t = 0小時(shí),黑線和t = 124小時(shí),紅線)。b) 對照組、ISO-Br處理和ISO-I處理的Cs0.05MA0.05FA0.9PbI3樣品暴露于D2O蒸汽(RH = 43%)在室溫下的相對H/D組成(m(t))。插圖顯示了短時(shí)間暴露時(shí)的變化,實(shí)線根據(jù)擴(kuò)散模型獲得最佳擬合。c) ISO-Br和d) ISO-I處理的Cs0.05MA0.05FA0.9PbI3薄膜暴露于D2O(RH = 43%)的IR光譜


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