南开大学李跃龙副教授综述:对症下药精准钝化制备高效稳定钙钛矿太阳电池

南开大学李跃龙副教授综述:对症下药精准钝化制备高效稳定钙钛矿太阳电池

    经过10年的发展,有机无机金属卤化钙钛矿(OHP)太阳能电池已经实现了25.2%的认证效率,成为下一代光伏技术的有力竞争者。然而,由于简单的溶液加工条件和复杂的前驱体组成,在多晶OHP膜中产生大量缺陷,这些缺陷充当非辐射复合中心,限制了钙钛矿太阳电池(PSCS)的效率和稳定性进一步提升。

    鉴于此,南开大学李跃龙副教授等在《Solar RRL》期刊发表综述文章,详细讨论了多种缺陷的形成原因及其对PSCs性能带来的不利影响,总结了针对特定缺陷的常用钝化策略和相应的作用机理,实现“对症下药”,精准选择合适钝化材料,实现钙钛矿薄膜表界面的有效钝化。

【本文要点】

1、对钙钛矿薄膜表面和界面中的多种缺陷进行了详细地划分,主要包括空位缺陷(阳离子空位、卤离子空位)、间隙原子、反位缺陷、配位不足的铅离子、配位不足的卤离子、金属铅、零价碘和离子迁移,系统地讨论了每种缺陷可能的形成机制以及对PSCs性能产生的不利影响。

2、总结了针对特定缺陷的靶向精准钝化策略,并阐明了相应的钝化机理,主要包括有机胺盐、金属阳离子、卤化物、路易斯酸碱、氧化剂和还原剂、晶界工程和晶粒调控等。

3、针对每种缺陷目前存在的问题,对相应的钝化策略进行了合理的评价,并展望了未来钝化技术的研究方向。南开大学李跃龙副教授综述:对症下药精准钝化制备高效稳定钙钛矿太阳电池

    针对本文涉及的缺陷类型和钝化材料选择等主要内容,第一作者周芯同学和通讯作者李跃龙副教授编成口诀如下,以飨读者:

《钙钛矿薄膜钝化-对症下药篇》

周芯(初稿)/ 李跃龙(修订)

多晶薄膜缺陷多,对症下药要细说;

空位缺陷分三种,ABX三位处处有;

A位就找阳离子,等价金属有机铵;

B位有毒离子铅,二价金阳来替补;

碘阴碘阳成间隙,铅碘反位变缺陷,

某些缺陷双电性,路酸路碱能帮助;

配位不足铅离子,氮氧硫基任你选;

配位不足卤离子,电子受体仔细挑;

零铅需要被氧化,零碘还需被还原;

离子迁移太常见,填补晶界是关键;

单一修复效果差,多重钝化奇效见;

精准选择钝化剂,效率稳定全实现。

    总之,该工作为今后对特定缺陷的有效钝化以及钝化分子的合理设计和选择提供了详细和建设性的指导。

Xin Zhou, Yuelong Li ⃰ et al. Toward Efficient and Stable Perovskite Solar Cells: Choosing Appropriate Passivator to Specific Defects. Solar RRL, 2020. DOI:10.1002/solr.202000308

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参考文献:Solar RRL