设计碱金属氟化物夹层结构实现高效反型钙钛矿

近年来，有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池在国内外受到广泛关注，高效率和高稳定性是主要追求目标。目前，随着薄膜和器件制备工艺的不断改进，光电转换效率得到迅速提升，界面问题日益成为限制器件效率的关键。特别是钙钛矿与电荷传输层界面处的能级失配以及界面处非辐射复合的出现阻碍了电荷的有效转移，也限制了器件长期稳定性的提高。

针对上述钙钛矿太阳能器件存在的问题，习武超新教授课题组某交通大学巧妙设计了一种“碱金属氟化物夹层结构”，分别修饰钙钛矿与电荷传输层的上下界面，实现效率和稳定性的双重提升。结合DFT理论计算，“碱金属氟化物-钙钛矿”螯合增加了钙钛矿表面VI的形成能垒，有效抑制了界面的非辐射复合，显着提高了器件的开路电压;同时，碱金属氟化物界面的修饰巧妙地调节了钙钛矿上下界面的表面能级，保证了电荷的有效转移，抑制了电子和空穴的反向复合。此外，通过飞秒二级质谱仪和XPS测试，证实超薄致密的碱金属氟化物层有效地实现了双向离子迁移抑制，作为物理屏障，是高稳定性的基本保证。采用“碱金属氟化物夹层结构”最终实现了倒置器件效率22.02%（认证效率20.4%），室内光电转换效率达到35.7%（1000勒克斯白光LED）。

这项工作为钙钛矿太阳能器件的设计开辟了一条新途径，通过接口实现高效率和稳定性控制。高效和高稳定性钙钛矿太阳能和室内光伏器件的未来设计提供了新的策略。该研究工作最近发表在国际期刊《纳米能源》上，标题为“不透水的无机“墙”夹着钙钛矿层朝向倒置和室内光伏器件。第一作者为课题组徐杰博士、席军，吴超新教授、董华副教授、李景瑞特聘研究员、席军博士为通讯作者。西安交通大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。该工作得到了国家自然科学基金项目的支持。

吴超新教授团队长期研究太阳能电池、发光二极管等新型功能材料及其器件应用的“光-电”和“电-光”物理机制。近期，多项重要成果在JACS、Joule、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Angewandte Chemie International Edition等国际顶级期刊发表。

来源：西安交通大学

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文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/zonghexinwen/2021/0714/1114.html