堵塞影响钙钛矿性能的性能缺陷

KAUST 研究人员表明，一种多功能分子可以填补钙钛矿太阳能材料中的各种原子级缺陷，可以显着提高这种有前途的太阳能技术的寿命和电输出。

钙钛矿是硅的替代太阳能电池材料。它们通常包含带负电的碘或溴离子以及带正电的铅和有机离子的组合。调整离子组合可以产生宽带隙钙钛矿，可以捕获硅不能有效吸收的太阳能波长。这表明这两种材料可以组合成串联电池，以从太阳捕获更多能量。

然而，钙钛矿不可避免地存在缺陷，例如特定离子在制造过程中没有插入到位，从而在结构中留下间隙。这些反应性站点会导致性能快速下降——除非它们可以被堵塞。“缺陷钝化对于提高钙钛矿太阳能电池的长期稳定性非常重要，”Stefaan De Wolf 小组的研究员 Furkan Isikgor 说。

钙钛矿中的缺陷位点可以带正电或带负电，具体取决于缺失的离子，但用于缺陷钝化的化学添加剂通常可以堵塞一种或另一种类型的缺陷。但是，Isikgor、De Wolf 和他们的同事已经证明，一种叫做苯乙双胍盐酸盐 (PhenHCl) 的分子克服了这个问题。

“由于 PhenHCl 的多功能结构，它的效果非常好，”Isikgor 说。该分子由一个带正电的铵头基团和一个带负电的胺和亚胺基团组成，可以堵塞带负电的缺陷。

研究人员表明，PhenHCl 将宽带隙钙钛矿的功率转换效率 (PCE) 从未经处理的细胞中的 16.7% 提高到处理过的细胞中的 20.5%。“此外，PhenHCl 钝化将纹理钙钛矿/硅串联太阳能电池的 PCE 从 25.4% 提高到 27.4%，”Isikgor 说。

PhenHCl 钝化还显着提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性。“在连续光照下，PhenHCl 钝化设备在大约 106 小时的运行中保持了 80% 的后老化效率，”Isikgor 说。未经处理的设备仅在 5 小时内保留了 80% 的老化后效率。

“我们简单的整体缺陷钝化策略极大地提高了溶液处理钙钛矿的半导体质量，”德沃尔夫说。“用单个分子钝化钙钛矿中可能存在的不同类型的缺陷对工业非常有吸引力，”他补充道。下一步将是将 PhenHCl钝化与扩大钙钛矿生产相结合。“同时，我们正在通过广泛的户外测试进一步改进设备性能和稳定性，”De Wolf 补充道。

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