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近期，河南大學納米科學與材料工程學院李萌課題組在鉛鹵化物鈣鈦礦太陽能電池領域取得新進展，相關成果以“ Multi-point collaborative passivation of surface defects for efficient and stable perovskite solar cells"為題，以Research Article形式在國際頂級期刊《先進功能材料》（Advanced Function Materials）上發(fā)表。
鉛鹵化物鈣鈦礦太陽能電池具有優(yōu)異的光伏性能，然而鈣鈦礦中的固有缺陷（鉛碘反位和碘空位）會導致非輻射復合，降低鈣鈦礦器件的效率和穩(wěn)定性。消除這些固有缺陷對于實現(xiàn)高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池至關重要。鈍化劑在減少鈣鈦礦薄膜缺陷，提升器件效率和穩(wěn)定性方面有巨大潛力。合理的設計功能化鈍化劑，對于抑制非輻射復合，增強器件的效率和穩(wěn)定性至關重要。
圖1a. M4作用示意圖；b.器件結(jié)構(gòu)；c.2000小時的穩(wěn)定性
針對上述問題，課題組選擇了一種具有多個活性位點的有機小分子（4,7-溴-5,6-氟-2,1,3-苯丙噻二唑）M4來鈍化鉛碘反位缺陷和碘空位缺陷。我們發(fā)現(xiàn)，M4中的溴（Br）和氟（F）基團可以與鉛（Pb）相互作用，糾正晶格畸變并鈍化碘空位（VI）缺陷和PbI缺陷。硫（S）基團與碘協(xié)調(diào)，減少I-I二聚體并鈍化IPb缺陷。經(jīng)過M4優(yōu)化后的器件效率達到了25.1%。在氮氣環(huán)境中儲存2000小時后，該器件保持了其初始效率的95%。總體而言，這項工作突出了鈣鈦礦中多位點協(xié)同鈍化的優(yōu)勢，并為鈣鈦礦鈍化策略提供了一種新方法。
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本文中經(jīng)過多活性位點的有機小分子M4鈍化前后的鈣鈦礦薄膜PL mapping采用卓立漢光公司的OmniFluo-FLIM測試得到。該系統(tǒng)基于科研級的正置顯微鏡搭建，樣品定位精度<1um。內(nèi)部光學元件可以支持多路激光耦合。顯微鏡后端擴展CCD光譜儀實現(xiàn)快速的PL Mapping。OmniFluo-FLIM可以應用在鈣鈦礦太陽能電池成膜質(zhì)量、半導體材料檢測、鈣鈦礦太陽能電池成膜質(zhì)量及缺陷研究、熒光共振能量轉(zhuǎn)移機理研究等、量子點探針等領域。
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