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学术前沿

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钙钛矿太阳能电池(PSCs)的商业化进展缓慢,主要因为稳定性问题。钙钛矿层中的小晶粒尺寸、晶界和位错等问题影响了电池的稳定性。

南昌大学陈义旺团队引入向列液晶(LC)分子4-氰基-4'-戊基联苯(4C4P),利用液晶在外场下的行为来促进溶剂复合物的转化,从而放大钙钛矿薄膜的成熟过程。这种方法通过共价相互作用产生的驱动力,促进了溶剂复合物向上迁移,从而参与成熟过程,并有助于晶界沟槽的平整化。

基于这种策略,设备实现了25.24%的冠军效率,并且在经过1400小时的湿热测试(85°C/85% RH)后,仍保持了初始效率的约75%。

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图一、4C4P行为的特性。a) 4C4P的DSC曲线。b) 4C4P在不同温度下的POM图像:从30°C加热到140°C,然后从140°C冷却到30°C。c) 4C4P引导的压印过程示意图。d) HPI薄膜和e) HPI W/4C4P薄膜埋藏界面的SEM图像(红色圆圈突出显示的区域表示溶剂复合物的聚集)。

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图二、4C4P对钙钛矿薄膜结晶动力学特性的影响。a) 无(左)或有(右)4C4P的PbI2溶液的照片。b) C≡N和Pb2+之间相互作用的理论计算(上)和暴露于4C4P的Pb的价电子密度(下)。c) Pb 4f的XPS光谱和d) 不同样品的FTIR光谱。e) 在退火过程中对退火控制和控制W/4C4P钙钛矿薄膜进行的原位PL测量和f) 原位UV测量。g) 未退火控制和控制W/4C4P钙钛矿薄膜的原位结晶过程的光学显微镜。h) LC/FAnMA2-nPb3I8•2DMSO的晶体结构。i) 控制W/4C4P薄膜和j) HPI W/4C4P薄膜的示意图和SEM图像(4C4P的浓度为100 mg mL−1)。

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图三、钙钛矿薄膜表面和埋藏界面特性的表征。a) 钙钛矿薄膜不同部分的SEM图像。b) HPI和HPI W/4C4P薄膜埋藏界面的高分辨率AFM 3D图像。c) 晶界沟槽的埋藏高度轮廓。d) HPI和HPI W/4C4P薄膜的GB/HI比率。插图示意性地说明了异质界面能量对GBG侧角的影响。e) HPI和HPI W/4C4P钙钛矿薄膜埋藏界面的c-AFM图像和f) PL映射图像。

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图四、PSCs光伏性能的表征。a) 冠军设备的J-V曲线和HPI及HPI W/4C4P设备的相应参数。b) EQE光谱和集成JSC以及c) 设备在最大功率点条件下的稳定功率输出曲线。d) HPI和HPI W/4C4P设备的暗J-V曲线和e) 光强度依赖的VOC。f) 通过热导纳光谱(TAS)测量获得的设备的tDOS。g) 设备的Nyquist图和h) Mott-Schottky图。i) 电子-only空间电荷限制电流模块。

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图五、薄膜和相应设备的稳定性测试。a,c) HPI和HPI W/4C4P薄膜在湿度测试(80°C下40±10% RH)下的UV-Vis吸收光谱和b,d) XRD;e) 85°C和85% RH下未封装HPI和HPI W/4C4P设备的湿热测试。f) 模拟跟踪HPI和HPI W/4C4P设备在24小时昼夜循环操作中的表现。