基于有机-无机卤化物混合钙钛矿的钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有更高的能量转换效率和更低的加工成本,已成为一种很有前途的发电技术。在过去的十年中,功率转换效率(PCEs)迅速提高至25%以上,其中钙钛矿材料和空穴传输层(HTL)界面处的高效电荷提取和低非辐射复合是实现出色光伏(PV)性能的关键。2023年1月20日,华中科技大学李雄教授、荣耀光副教授,瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授采用了一种分子工程策略,在混合阳离子钙钛矿中引入了一种具有膦酸官能化富勒烯衍生物作为晶界调节剂,实现了晶体结构的巩固,同时系统研究了钙钛矿太阳能电池中光吸收层、空穴传输层和器件界面的性能退化机制。相关文章以“Radical polymeric p-doping and grain modulation for stable, efficient perovskite solar modules”为题发表在Science。2023年2月9日,华中科技大学李雄教授、荣耀光副教授,加拿大多伦多大学Edward H. Sargent教授和武汉理工大学麦立强教授等人通过在3D钙钛矿层的顶部引入交联聚合物(CLP),然后通过蒸汽辅助两步工艺沉积2D钙钛矿层,形成3D/CLP/2D钙钛矿异质结构,CLP通过抑制阳离子在2D和3D钙钛矿之间的扩散来稳定异质结构,从而报道了效率为21.2%的小面积器件和效率为19.6%的微型模块,其在最大功率点跟踪和高温单日照照明下,器件在运行4390小时后仍能保持90%的初始性能。相关文章以“Stabilization of 3D/2D perovskite heterostructures via inhibition of ion diffusion by cross-linked polymers for solar cells with improved performance”为题发表在Nature Energy。2023年4月18日,华中科技大学李雄教授,瑞士洛桑联邦理工大学Michael Grätzel教授和沈重金教授又一次在Nature Energy以题为“Stabilization of 3D/2D perovskite heterostructures via inhibition of ion diffusion by cross-linked polymers for solar cells with improved performance”阐述了一种具有双功能分子用作钙钛矿和HTM之间的界面层,提供界面缺陷钝化以实现界面的化学相容性,从而实现了设备性能大幅度提高。研究背景缺陷的钝化,特别是在钙钛矿/HTL界面处,已成为减少PSC器件内部非辐射电荷载流子复合的关键方法。此外,最近据报道,界面钝化层由于其耐湿性和耐热应力而能够提高PSC的稳定性。然而,由于不利的能级匹配,这种界面层通常是无序的,并且表现出较差的电荷传输性能,从而损害了空穴提取。人们一直在努力引入界面工程,其与钙钛矿层表现出良好的能级对齐,以改善电荷转移。最近,基于阳离子的二维(2D)层状钙钛矿应用于三维(3D)钙钛矿薄膜表面以产生具有更好能带排列的2D/3D异质结引起了相当大的关注,并且器件性能得到明显改善。钙钛矿吸收层和HTL层之间的能级错位由于两层之间界面处增强的无辐射电荷载流子复合而导致电压损失,在存在这种价带偏移的情况下,HTM中的空穴浓度必须提高到更高的水平,以匹配两层中的准费米能级,而不是在没有能带错位的情况下。这反过来又加速了无辐射载流子复合,导致额外的电压损失。这种Voc损失可以避免,例如通过在钙钛矿和HTM之间引入一层分子偶极子,以补偿价带偏移。
文献信息1.https://www.science.org/doi/10.1126/science.add87862.Luo, L., Zeng, H., Wang, Z. et al. Stabilization of 3D/2D perovskite heterostructures via inhibition of ion diffusion by cross-linked polymers for solar cells with improved performance. Nat Energy 8, 294–303 (2023).https://doi.org/10.1038/s41560-023-01205-y3.You, S., Eickemeyer, F.T., Gao, J. et al. Bifunctional hole-shuttle molecule for improved interfacial energy level alignment and defect passivation in perovskite solar cells. Nat Energy (2023). https://doi.org/10.1038/s41560-023-01249-0