AEM: 用哌嗪盐分子修饰提高宽带隙钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性

宽带隙（WBG）钙钛矿太阳能电池（PSC）作为全钙钛矿串联太阳能电池（TSC）的顶层子电池发挥着关键作用，有利于吸收高能光子并提供较大的开路电压（VOC）。然而，WBG PSCs的稳定性和效率受到光诱导卤化物偏析和非辐射重组损耗的制约。本研究提出了一种通过界面工程利用2-甲基哌嗪溴化物（2-MePBr）实现高效WBG（1.77 eV）PSC的方法。2-MePBr 中的C─NH─C官能团可作为电子供体，与过钙钛矿表面的欠配位铅缺陷相互作用。因此，用2-MePBr处理可减轻界面非辐射性重组，增强电荷传输，抑制离子迁移，从而将功率转换效率 (PCE) 提高到19.30%，VOC为1.29 V，填充因子为83.08%。值得注意的是，WBG PSCs具有更高的稳定性，在最大功率点1个太阳光照射下连续工作337 小时后，仍能保持80%的初始PCE。此外，基于这种WBG子电池的全钙钛矿TSC实现了27.47%的PCE，在钙钛矿基串联太阳能电池中具有广阔的应用前景。

图文简介

a )钙钛矿沉积和后处理过程的示意图。b )对照，PBr处理和2-MePBr处理的钙钛矿薄膜的XRD图谱。c-e ) ( c ) 对照组，( d ) PBr处理和( e ) 2-MePBr处理的钙钛矿薄膜的SEM图像。f-h )相应钙钛矿薄膜的XPS光谱：( f ) C 1s光谱，( g ) N 1s光谱和( h ) Pb 4f光谱。

a，b )对照钙钛矿薄膜的UPS，c，d ) PBr处理的薄膜，e，f ) 2-MePBr处理的薄膜. g，h )钙钛矿表面( g ) PBr和( h ) 2-MePBr处理引起的能带弯曲示意图。

a) PBr和2-MePBr处理和未处理WBG钙钛矿膜的PL和b) TRPL光谱。c) C60涂层后对应WBG钙钛矿膜的稳态PL和d) TRPL光谱。

WBG PSCs的光伏性能及MPP跟踪

a,b) 未经PBr和2-MePBr处理以及经过PBr和2-MePBr处理的WBG PSC的VOC随光照强度的变化（a）和JSC随光照强度的变化（b）。c) FF损失机制示意图。器件S-Q极限FF由电荷输运损耗和非辐射损耗组成。无电荷输运损失的最大FF和测量到的FF分别用蓝色和红色符号表示。d)对照、pbr处理和 2-MePBr处理器件的太阳J-V曲线和伪J-V曲线各一条。e) Rs、Rsh以及对照、pbr处理和2-MePBr处理的器件重组引起的FF损失统计。f,g)经过PBr和2-MePBr处理的WBG PSCs的归一化瞬态光电压(TPV)衰减(f)和归一化瞬态光电流(TPC)衰减(g)。h) 根据导纳光谱得出的特征转变频率的 Arrhenius 图。i) 未经PBr和2-MePBr处理以及经PBr和2-MePBr处理的WBG PSCs的VOC损失分析。

论文信息

通讯作者： Cong Chen，Xinxing Yin