鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其優異的光電轉換效率和低成本制備，在過去十年間引發了廣泛的研究熱潮，并被認為是最有潛力替代傳統硅太陽能電池的下一代光伏技術之一。 近年來，PSCs 的效率不斷提升，并在 NREL 的效率認證數據中屢創新高。
嘉興大學李在房教授團隊聯合杭州電子科技大學嚴文生教授和瑞典林雪平大學高鋒教授，近期取得重大突破，成功開發了一種新的表面后處理策略，采用乙基硫代乙酸酯（ET）作為配體分子，有效調控了鈣鈦礦薄膜的性質，提高了器件的效率和穩定性。 這項研究成果發表在國際著名期刊《Advanced Functional Materials》上。
鈣鈦礦太陽能電池效率提升的挑戰
鈣鈦礦材料作為夾層式鈣鈦礦太陽能電池 (PSCs) 的核心，其質量對于器件的進一步發展至關重要。然而，由于鈣鈦礦層中存在不利缺陷以及不可控的結晶過程，鈣鈦礦太陽能電池的效率提升面臨著巨大挑戰。
乙基硫代乙醇酸酯（ET）：多功能表面調控的利器
團隊創新地將乙基硫代乙酸酯（ET）作為配體分子，應用于鈣鈦礦薄膜的表面后處理。ET 的引入，可以有效地實現鈣鈦礦薄膜的多功能調控：
l降低表面能，促進晶粒生長： ET 可以降低鈣鈦礦晶面的表面能，誘導晶粒的二次生長，最終形成結晶性更高、缺陷密度更低的薄膜，提升器件的穩定性和效率。
l缺陷鈍化： ET 分子中的羰基和硫醇基團可以與 Pb2+ 離子發生配位，形成雙齒錨定，有效地鈍化了鈣鈦礦表面的缺陷。
l優化鈣鈦礦/ET/C60 界面電荷傳輸： ET 的引入，可以改善鈣鈦礦層與電子傳輸層 (ETL) 之間的能級匹配，從而提高電荷傳輸效率。
l增強光電轉換效率: 作為鈣鈦礦材料中的添加劑，有助于優化鈣鈦礦層的結晶質量，從而提高光電轉換效率。
l降低製造成本：可以簡化製造工藝，降低製造成本，使大規模生產更具經濟性。
創新策略突破性的成果
l基于 FA0.85Cs0.15Pb(I0.95Br0.05)3 和 FA0.9MA0.05Cs0.05Pb(I0.95Br0.05)3 的 PSCs 效率分別提高到 22.42% 和 23.56% (經認證為 23.29%)。
l采用 FA0.85Cs0.15Pb(I0.95Br0.05)3 制備的大面積器件 (1.03 cm2) 實現了 20.01% 的能量轉換效率。
lET 表現出有效的 I2 和 PbI2 管理能力，有效地抑制了器件的加速降解和鉛泄漏。
lET 的多重作用，使器件在 800 小時的環境穩定性測試和 1500 小時的熱穩定性測試中表現出顯著的提升，在熱穩定性測試中，器件仍保持其初始效率的 80.4%。
參數圖
Fig S1.展示了近年來報道的 FACs 基反式鈣鈦礦太陽能電池 PSCs 的效率。
Fig S11. 太陽光模擬器用于測試不同條件下制備的 PSCs 的 J-V 特性，并計算其 PCE、VOC 和 FF，展示了不同器件的性能參數?；?/span> FACs 的 PSCs，器件面積為 (a) 0.0975 cm2、(b) 1.03 cm2 的 J-V 曲線、Voc、Jsc 和 FF 的統計分布。 (c) 基于 FAMACs 的 PSCs，器件面積為 0.0975 cm2 的 J-V 曲線、Voc、Jsc 和 FF 的統計分布。
Fig S13. (a) (b) 太陽光模擬器用于測試器件的 J-V 特性，并觀察其輸出功率; (c) 量子效率測試系統用于測量器件的 EQE，評估其在不同波長光照下的光電轉換能力。
本參數采用光焱科技QE-R 光伏 / 太陽能電池量子效率測量解決方案及SS-X 系列AM1.5G 標準光譜太陽光模擬器
原文出處: advanced functional materials
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