獨(dú)辟蹊徑！南洋理工發(fā)現(xiàn)重水在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的妙用

:導(dǎo)讀：南洋理工大學(xué)研究人員獨(dú)辟蹊徑，選用從未在鈣鈦礦研究中涉及到的D2O作為添加劑處理后，器件效率從19.2%提升到20.8%。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)提供了一種新穎且簡(jiǎn)便的方法來(lái)控制和改善鹵化物鈣鈦礦器件的光電性能。

有機(jī)無(wú)機(jī)鹵化鈣鈦礦光伏電池的研究這幾年素來(lái)火熱，光學(xué)器件不斷刷新效率。但是，控制電荷載流子陷阱密度這一制約高效器件發(fā)展的因素方面，目前的主流方法是控制組分以及調(diào)控薄膜形貌，在早期有機(jī)太陽(yáng)能電池中報(bào)道以添加劑的引入能有效且簡(jiǎn)單的調(diào)整器件的形貌，從而改善鈣鈦礦器件的缺陷問(wèn)題，提升器件的效率及穩(wěn)定性。

近日，南洋理工大學(xué)的Ankur Solanki以H2O的引入為添加劑為基礎(chǔ)，同時(shí)選用了從未在鈣鈦礦研究中涉及到的D2O，而當(dāng)濃度為1 vol%的添加劑處理后，器件效率從19.2%提升到20.8%，通過(guò)形貌研究能觀察到D2O能成功的鈍化鈣鈦礦表面缺陷，且膜沒(méi)有任何明顯的形貌變化，載流子的動(dòng)力學(xué)也都發(fā)生了改變，為鈣鈦礦薄膜的研究提供了一種簡(jiǎn)明易懂操作的方法，文章以題目’ Heavy WaterAdditive in Formainium: A Novel Approach to Enhance Perovskite Solar CellEfficiency’于4月30日發(fā)表在頂刊Advanced Materials上。

研究者同時(shí)引入FA,MA制備了三組分陽(yáng)離子鈣鈦礦溶液，隨后將不同濃度的D2O按體積比加入溶液之中，以兩步法旋涂流程旋涂制備鈣鈦礦，在抗溶劑處理后退火制備光電器件，在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，加入1 vol%的D2O時(shí)光電參數(shù)填充因子與短路電流密度均有所增加，在對(duì)薄膜探究光致發(fā)光特性與紅外光譜等計(jì)算后，探究其改善器件效率的本質(zhì)，鈣鈦礦的前驅(qū)體在主體溶劑中的溶解度增加而改善了薄膜質(zhì)量，并且能夠更好的控制薄膜的生長(zhǎng)與組成，D2O使得鈣鈦礦中陽(yáng)離子的氘化導(dǎo)致了PbI6的聲子頻率降低，影響到其載流子遷移率與載流子的散射。

圖1.分別加入H2O或D2O后制備的薄膜器件光電特性差異

圖2.對(duì)分別加入H2O或D2O添加劑的薄膜進(jìn)行光致發(fā)光測(cè)試熒光壽命，載流子密度與擴(kuò)散距離

圖3.對(duì)比了標(biāo)準(zhǔn)器件與氚代樣品的計(jì)算紅外光譜，與聲子色散曲線

總的來(lái)說(shuō)，研究人員以D2O作為添加劑制備的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，有著接近21%的光電轉(zhuǎn)換效率并且具有良好的穩(wěn)定性及可忽略的J-V曲線滯后現(xiàn)象。隨著添加劑濃度的增加，在1vol%下器件性能與熒光壽命顯著提升，同時(shí)能注意到電荷載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度也相應(yīng)降低氘化的FA鈣鈦礦晶格中PBI6的聲子頻率，有助于穩(wěn)定PBI6結(jié)構(gòu)并削弱電子聲子耦合，從而減少了電荷載流子的散射。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)提供了一種新穎且簡(jiǎn)便的方法來(lái)控制和改善鹵化物鈣鈦礦器件的光電性能。(文:kirin)

原標(biāo)題:獨(dú)辟蹊徑！南洋理工發(fā)現(xiàn)重水在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的妙用