0411Sargent等Science:双位点结合配体提升反式PSC电荷抽取效率
卢喏儿
2024年04月12日 14:03
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反式电池的效率仍受限于钙钛矿和传输层界面处的能级不匹配和能级分裂的限制,表面缺陷如未配对的Pb2+则会加剧这种影响。铵盐已经被广泛用作缺陷钝化剂,但是铵盐的不利之处在于其可能会沿表面垂直排列,在钙钛矿和ETL之间引入载流子传输的壁垒。

研究人员选用含有苯环的磺酸盐,希望能使其苯环和钙钛矿表面平行,同时SO3-可以和Pb2+紧密结合,与此同时,有机盐的链应该足够长,以和相邻位置的两个Pb2+配位,在FA基钙钛矿中,其长度应该接近6.3 Å。研究人员选取苯磺酸盐(BZS)、4-甲基苯磺酸盐(4CH3-BZS)、4-氯苯磺酸盐(4Cl-BZS),DFT显示当有机盐平行于钙钛矿表面时,4Cl-BZS构型最稳定,且可以和常用的ETL C60稳定结合。

基于Cs0.05FA0.85MA0.1PbI3组分的钙钛矿,元素分析表征显示苯磺酸盐不会进入晶格内部而是分布在表面,且XPS结果表明苯磺酸盐可以和钙钛矿相互作用,改变了其Pb4f XPS峰。

光学表征显示4Cl-BZS的添加可以有效增强钙钛矿的PLQY、能级分裂和荧光寿命,这表明其界面处的载流子损失降低。且4Cl-BZS的添加使载流子的抽取速率更快,钙钛矿层和ETL之间的能级更加匹配。

反式PSC的性能

器件结构:FTO/SAMs/perovskite/C60/SnOx/Ag,其中SAMs为2PACz和Me-4PACz的混合物,钙钛矿层厚度为900 nm,器件效率为26.3%。此外,研究人员利用4-氟苯磺酸、4-碘苯磺酸和4Cl-BZS对比,探究添加剂中电负性更强或更弱的基团对器件性能的影响,4-氟苯磺酸得到了和4Cl-BZS相似的器件性能,4-碘苯磺酸得到了和未添加添加剂的器件相似的性能。

通过添加3-甲硫基丙铵盐和1, 3-二铵基丙烷二氢碘酸盐进行双分子的钝化,器件效率进一步提升至26.9%,NREL认证效率26.15%(0.05 cm2)和24.74%(1.04 cm2)。

器件稳定性:封装电池(4Cl-BZS)在65 ℃、RH50%、MPP、1sun(无紫外光)条件(ISOS-L-3)下运行1200 h后效率变为初始值的95%。