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【能源】苏州大学王照奎教授课题组Angew：去除残留添加剂实现光伏钙钛矿的完美结晶

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2024-10-30 08:09

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实现高效钙钛矿太阳能电池（PSCs）的关键在于对钙钛矿薄膜结晶过程的精确控制，使用适当的添加剂可以加速钙钛矿薄膜的成核速率并延缓晶体生长。在两步法中，向钙钛矿前驱体溶液中添加二甲基亚砜（DMSO）是一种广泛采用的调节钙钛矿薄膜结晶过程的添加剂策略，结晶过程中形成的Pb I ₂ -DMSO中间相可以延缓钙钛矿薄膜的结晶速率，促进薄膜的均匀生长。然而，由于DMSO的高沸点及其与Pb I ₂ 的强相互作用，DMSO无法完全从薄膜中去除，残留的DMSO会导致孔洞的形成，从而对最终的器件性能产生负面影响。

因此，确定一种能够在退火后完全去除，并且同时能够调节结晶过程的添加剂至关重要。 苏州大学王照奎 教授团队报道了一种 利用苯环的电子离域效应实现了完美的结晶延缓效果同时确保了残留添加剂去除的策略。

该策略不仅保留了形成延缓结晶的中间相，还确保了残留添加剂的去除，以实现高效钙钛矿太阳能电池。

由于电子离域效应，亚砜基团氧原子周围的电子云密度逐渐降低。这有力地证明了苯环的加入降低了氧原子周围的电子云密度，进而削弱了添加剂分子与Pb I ₂ 之间的相互作用，促进了退火过程中添加剂的去除。

优化后的钙钛矿结晶过程，保留了中间相在退火过程中延缓钙钛矿结晶的作用，由于去除了残留添加剂，结晶质量得到显著改善。

最终，优化后的钙钛矿薄膜展现了优异的结晶质量，载流子寿命以及传输效率得到提高，且缺陷态密度显著降低。

此外，优化后的钙钛矿太阳能电池实现了25.95%的能量转换效率（PCE），并具有出色的稳定性。该策略为调控钙钛矿结晶过程以提高光伏器件的整体性能提供了一种新颖的方法。

这一成果近期发表在 Angew. Chem. Int. Ed .上，苏州大学 卞泽楷 和上海光源 苏圳煌 为文章的共同第一作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Removal of Residual Additive Enabling Perfect Crystallization of Photovoltaic Perovskites

Ze-Kai Bian, Zhenghuang Su, Yanhui Lou, Jing Chen, Run-Jun Jin, Chun-Hao Chen, Yu Xia, Lei Huang, Kai-Li Wang, Xingyu Gao, Zhao-Kui Wang

Angew. Chem. Int. Ed ., 2024 , DOI: 10.1002/anie.202416887

王照奎教授简介

王照奎，苏州大学功能纳米与软物质研究院教授。2011年于日本富山大学取得博士学位， 2012年起就职于苏州大学。主要围绕钙钛矿半导体光电器件与物理，开展有钙钛矿太阳能电池（PV）和发光二极管（LED）的研究工作。近年来围绕钙钛矿太阳能电池（PV）和发光二极管（LED）的表界面调控和器件物理开展了创新性研究工作。在钙钛矿薄膜的晶化控制、缺陷机制与钝化，以及高性能器件的应用制备方面取得了一系列创新性研究成果。以第一作者/通讯作者在 Science （1篇）、 Natl. Sci. Rev .(1篇) 、 Sci. Bulletin (3篇) 、 eScience (2篇) 、 Joule (1篇) 、 Matter (1篇) 、 Adv. Mater. （15篇）、 J. Am. Chem. Soc. （4篇）、 Angew. Chem. （8篇）、 Adv. Energy Mater. （13篇）、 Adv. Funct. Mater. （13篇）、 Nano Lett .（2篇）、 ACS Nano （3篇）、 Nano Energy （5篇）、 Small （5篇）、 Appl. Phys. Lett. （26篇）等发表论文180余篇，参与发表 Science 论文2篇，论文被引用1.5万余次，H-index = 65 (Google Scholar)。已获授权发明专利37项，技术转让1项。主持和参与国家自然科学基金青年/面上/集成项目、江苏省自然基金青年/优秀青年项目、国家重点专项基金等20余项。

【能源】苏州大学王照奎教授课题组Angew：去除残留添加剂实现光伏钙钛矿的完美结晶

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