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Angew. Chem. :具有自清洁表面的钙钛矿单晶用于高效光伏

金属卤化物钙钛矿太阳能电池因其高效率和低成本的优点受到了广泛的关注。钙钛矿多晶太阳能电池的效率已经高达26.1%,与商用的硅太阳能电池相媲美。钙钛矿单晶具有比多晶更低的缺陷密度、更长的载流子扩散长度和更高的离子迁移活化能,是制备高效、稳定的钙钛矿太阳能电池的理想材料。


然而,通过溶液法生长的钙钛矿单晶由于其较低的疏水性,生长溶液很容易残留在晶体表面,快速挥发后会转化为多晶和杂质,提高了表面的电荷陷阱密度,严重影响了后续制备的器件性能。优化晶体表面是实现高性能单晶钙钛矿光电器件的关键,但目前钙钛矿单晶的表面优化策略仍非常罕见。


近日,山东大学的陈召来教授,通过学习荷叶的自清洁效应,为解决溶液生长钙钛矿单晶的表面污染问题提供了一种简单有效的策略。将两亲性的长链有机胺十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)引入钙钛矿晶体生长溶液中,对晶体表面进行优化。



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CTAC分子的粘附使晶体表面接触角大幅提升,在完成晶体生长时,自发地去除了残余溶液,减轻多晶和杂质的形成,改善了晶体质量,降低了陷阱密度,增强了载流子输运,抑制了非辐射复合。除此之外,疏水的晶体表面明显提高了单晶材料的水稳定性。

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基于优化后的FA0.2MA0.8PbI3单晶制备的钙钛矿太阳能电池,并且效率高达23.4%,创下了FAxMA1-xPbI3基钙钛矿单晶太阳能电池的记录,电池的水稳定性也大幅提升。这项工作强调了干净的晶体表面对光电应用的重要性,并且自清洁策略也适用于不同形态和成分的钙钛矿单晶,这可能有助于其他单晶钙钛矿光电子器件的改进。

文信息

Perovskite Single Crystals with Self-Cleaning Surface for Efficient Photovoltaics

Nianqiao Liu, Ning Li, Changke Jiang, Mingxuan Lv, Jinming Wu, Prof. Zhaolai Chen


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202314089

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