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中科院青島能源所逄淑平團隊 Angew：三維聚合物鈍化網(wǎng)絡(luò)用于鈣鈦礦太陽能電池
2023-03-07  來源：高分子科技

  鈣鈦礦太陽能電池中存在的大量缺陷導致晶界和界面發(fā)生嚴重的非輻射復合，嚴重影響器件性能。在所有缺陷中，由于形成能較低，未配位Pb2+缺陷更容易形成。根據(jù)路易斯酸堿理論，未配位Pb2+是一種空軌道可以接受電子對形成配位鍵的路易斯酸。研究表明，用強配位的聚合物是鈍化該缺陷的有效手段。然而，直接在前驅(qū)體中加入聚合物容易影響薄膜的結(jié)晶過程，降低晶體質(zhì)量，影響薄膜的表面形貌和器件性能。此外強極性的聚合物通常只溶解在極性溶劑如DMSO中，容易破壞鈣鈦礦膜，難以實現(xiàn)鈍化層的直接制備。


圖1 聚合鈍化路線


  近期，中國科學院青島生物能源與過程研究所逄淑平研究員團隊根據(jù)作用位置的不同采用多種聚合策略引入聚合物鈍化劑（圖1），構(gòu)建了三維聚合物鈍化網(wǎng)絡(luò)用于高性能鈣鈦礦太陽能電池。其中低沸點單體體相原位聚合可以有效地去除未聚合的單體，只保留聚合物在薄膜中。預聚合/二次聚合方法的引入有助于實現(xiàn)難溶于常用反溶劑的聚合物在薄膜表面的的制備。該策略使薄膜的半導體類型由強n型轉(zhuǎn)變?yōu)槿?/span>n型，促進了鈣鈦礦層與空穴傳輸層之間的能級對準，延長了載流子壽命和擴散長度，顯著提升了器件的開路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率。由于鈣鈦礦更接近于本征半導體，器件效率提高到24.22%（認證效率為24.16%），小面積組件的PCE達到21.55%（圖2）。這項工作為實現(xiàn)難溶于反溶劑的聚合物鈍化層提供了一種新的策略，有利于擴展聚合物在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用。該工作以“Polymerization Strategies to Construct a 3D Polymer Passivation Network toward High Performance Perovskite Solar Cells”為題發(fā)表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 202301574）。文章第一作者是青島能源所博士生劉大昌和副研究員王嘯博士。該研究得到國家自然科學基金、山東省自然科學基金和山東能源研究院的支持。


圖2 鈍化效果與器件性能


  該工作是團隊近期關(guān)于提高鈣鈦礦效率和穩(wěn)定性相關(guān)研究的最新進展之一。鈣鈦礦太陽能電池中自發(fā)形成的諸多缺陷不僅影響器件性能，在光和熱應(yīng)力作用下的還可以誘導離子遷移以及加速降解，制約了鈣鈦礦光伏器件的商業(yè)化。在小分子添加劑(ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 20043?20050；Chem. Eng. J., 2023, 454, 138559；Adv. Energy Mater. 2023, 2203635)研究的基礎(chǔ)上，團隊進一步引入光熱穩(wěn)定性較好的聚合物作為鈍化劑，通過強配位作用有效鈍化了薄膜中的未配位Pb2+缺陷，獲得了開壓高達1.23V的鈣鈦礦電池（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, 202113932），并通過共聚合策略合成了具有雙功能作用的聚合物作為鈍化層，同時鈍化界面處的陰陽離子缺陷，相應(yīng)器件在最大功率點追蹤測試1000h后，仍能保持95%的初始效率（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 202213478）。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202301574

  下載：Polymerization Strategies to Construct a 3D Polymer Passivation Network toward High Performance Perovskite Solar Cells

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