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化学院周忠敏团队在窄带隙钙钛矿太阳电池领域取得新进展

作者:周忠敏 来源:化学院 责任编辑:刘奕辰   终审:张岩 点击: 日期:2024-01-25

半导体太阳电池中的转换效率受到超快(亚皮秒时间尺度)载流子-载流子/声子散射引起的热载流子快速弛豫过程中的能量损失的限制。因此,在载流子冷却到晶格温度之前,减缓载流子的冷却速度和减少以热的形式的能量损失是至关重要的。

化学院周忠敏团队与合作者报道了将草酸锡(SnC2O4)引入锡铅钙钛矿前驱体溶液中以调节热载流子冷却动力学。SnC2O4的添加增加了载流子扩散的长度,延长了载流子的寿命,同时减缓了载流子的冷却速度。此外,SnC2O4可以与不配位的Sn2+和Pb2+离子结合,调节钙钛矿的结晶并实现大晶粒。C2O42-的强还原性可以抑制Sn2+氧化成Sn4+,并最大限度地减少所得钙钛矿薄膜中Sn空位的形成。此外,作为氟化锡(II)的替代品,SnC2O4的引入避免了由于F-离子在界面聚集而引起的载流子传输问题。

结果表明,SnC2O4的引入显著降低了热载流子的冷却速率(797 fs vs.652 fs)。此外,还制备了基于SnC2O4的高质量钙钛矿薄膜,有效延长了电子扩散长度(约2.81μm)。最终获得PCE为23.36%的混合Sn-Pb单结太阳能电池和效率为27.56%的全钙钛矿两端串联电池。此外,单结SnC2O4处理的电池表现出优异的稳定性,在连续光照下的MPPT运行1000小时后仍保持85%的初始效率。这些结果有助于开发制造高效、稳定的全钙钛矿串联太阳能电池的新策略。

这一成果近期发表在《Advanced Materials》上,文章的第一作者是化学院2021级硕士研究生闫文健,本工作得到了泰山学者工程经费支持。

论文信息:

Hot-carrier cooling regulation for mixed Sn-Pb perovskite solar cells

Wenjian Yan, Chongwen Li, Cheng Peng, Shuchen Tan, Jiakang Zhang, Haokun Jiang, Feifei Xin, Fang Yue, and Zhongmin Zhou.

网站链接:Hot‐carrier Cooling Regulation for Mixed Sn‐Pb Perovskite Solar Cells - Yan - Advanced Materials - Wiley Online Library

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