缺陷钝化策略提高钙钛矿太阳能电池效率

Josiah02

太阳能是一种很有前途的方法，可以减少我们对化石燃料能源的依赖，从而选择更清洁的能源形式。多年来，能够利用这种可再生能源的太阳能电池取得了重大进展。
金属卤化物钙钛矿因其出色的光电特性而成为太阳能电池很有前途的吸光材料，使其能够有效地从太阳光中获取能量，从而引起了广泛关注。
多晶甲脒铅碘化物 (FAPbI 3 ) 因其能带隙窄而成为构建高功率转换效率 (PCE) 钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的热门材料。尽管多晶钙钛矿 (如 FAPbI 3 ) 具有优异的光电性能和多功能性，但它们的晶体结构中经常存在缺陷 (不完美) ，这会损害结构稳定性和载流子动力学，最终影响其能量转换能力。
为了填补这一空白，光州科学技术学院 (GIST) 的 Hobeom Kim 教授领导的研究小组开发了一种新的缺陷钝化策略，该策略可以显著减少缺陷并提高钙钛矿太阳能电池的 PCE 和稳定性。
该团队在2024 年 7 月 4 日发表在《自然通讯》上的最新研究中报告称，将六方多型体 (6H) [具有相同成分的不同结构形式] 钙钛矿引入立方多型体 (3C) FAPbI 3中，与同类材料相比，其 PCE 显着提高。
但为什么要使用 6H 钙钛矿多型体呢？“到目前为止，一种典型的方法是引入外部化学试剂来解决缺陷问题。然而，引入外部试剂可能会直接影响钙钛矿在晶体生长过程中的晶体质量，所以我们的工作并不依赖于这种稳定剂。相反，我们使用一种化学上相同的钙钛矿多型体，即 6H 多型体，它含有一个角共享成分，可以有效抑制钙钛矿中缺陷的形成，”Kim 教授解释说。
研究人员通过使用过量的碘化铅和甲基氯化铵将 6H 钙钛矿掺入 FAPbI 3中，从而创造出一种干预α 相立方多型体 (3C) FAPbI 3的主要缺陷位点 (卤化物空位，V I + ) 的组分。
他们发现 6H 相改善了 FAPbI 3的结构完整性和载流子动力学，从而实现了大于 18 微秒的超长载流子寿命、PCE 为 24.13% 的 PSC 和 PCE 为 21.92%（经认证的功率转换效率为 21.44%）且具有长期运行稳定性的模块。
研究人员认为，3C/6H 异质多型钙钛矿设计可能最接近多晶钙钛矿薄膜的理想配置。该研究展示了钙钛矿中的工程缺陷如何加速高级 PSC 的开发，用于个人和商业用途，例如屋顶太阳能电池板、可穿戴电子产品和便携式充电器。
“钙钛矿太阳能电池为实现碳中和和应对全球变暖提供了一种变革性的解决方案。它们的效率、多功能性和减少的环境影响使它们成为向可持续未来过渡的重要组成部分，”Kim 教授总结道。