11.08%-Efficiency全無(wú)機(jī)CsPbBr3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，超高電壓為1.702V
一、文章概述
軟鈣鈦礦晶格引起的晶格應(yīng)變和晶格表面和晶界缺陷等晶體畸變，在很大程度上決定了電荷提取-轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)和重組，導(dǎo)致鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（鈣鈦礦太陽(yáng)能電池）的效率較低。在此，作者提出了一種策略，通過(guò)將無(wú)機(jī)二維Cl端Ti3C2(Ti3C2Clx)MXene加入CsPbBr3薄膜的體積和表面，來(lái)顯著降低表面晶格拉伸應(yīng)變。由于Ti3C2Clx中的Cl原子與CsPbbr3晶格中欠協(xié)調(diào)的Pb2+之間的強(qiáng)相互作用，膨脹的鈣鈦礦晶格被壓縮并限制作為晶格“帶”，其中Pb-Cl鍵起“膠”的作用，2DTi3C2固定晶格。最后，在最好的全無(wú)機(jī)Cspbbr3PSC上，在高達(dá)1.702V的超高開(kāi)路電壓下，冠軍效率達(dá)到11.08%，這是迄今為止這類(lèi)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的最高效率記錄。此外，未封裝的裝置在80%的相對(duì)濕度下，100天和85°C的性能幾乎沒(méi)有變化。
二、圖文導(dǎo)讀
圖1.a)使用Ti3AlC2MAX在氯化鎘熔融鹽中制備Ti3C2ClxMXene的示意圖。b)Ti3AlC2MAX和Ti3C2ClxMXene的XRD模式。c)Ti3c2ClxMXene的XPS光譜。d)體系結(jié)構(gòu)和e)全無(wú)機(jī)PSC的橫截面掃描電鏡圖像。f)反向掃描下的控制和優(yōu)化設(shè)備的J-V曲線，g)穩(wěn)態(tài)功率輸出，h)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的IPCE譜。i)原始鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和最優(yōu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的統(tǒng)計(jì)PCE分布。
圖2。PbBr2薄膜和CsPbBr3鈣鈦礦薄膜的a、c、b、d、Ti3C2Clx添加劑。e)CsPbBr3鈣鈦礦薄膜中Pb4f的XRD模式和XPS光譜。g)Ti3C2ClxMXene對(duì)CsPbBr3薄膜的全缺陷鈍化示意圖。
圖3。CsPbBr3鈣鈦礦薄膜的拉曼映射圖像a)不含和b)含Ti3C2ClxMXene，c)不同鈣鈦礦薄膜對(duì)應(yīng)的拉曼峰分布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。ti3c2Clx改性鈣鈦礦薄膜d)和e)的CsPbBr3（100）平面GIXRD圖。f)從GIXRD模式中得到的d-間距值作為入射角的函數(shù)。g)原始CsPbBr3粒中殘留應(yīng)變示意圖，h)用Ti3C2ClxMXene增強(qiáng)的CsPbBr3粒中釋放應(yīng)變示意圖。
圖4。在a)原始薄膜和b)含鈣鈦礦的ti3c2Clx薄膜中的光生成載流子轉(zhuǎn)移的示意圖。c)不同鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的TSPV曲線。d)KPFM圖像和e)鈣鈦礦薄膜相應(yīng)的CPD分布。f)含和不含Ti3C2ClxMXenn的僅空穴器件的暗J-V曲線。g)含和不含ti3c2Clx的鈣鈦礦薄膜的TRPL曲線。h)暗J-V曲線，i)不同鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的Mott-肖特基曲線。
圖5。在a)25°C、80%RH和b)85°C、40%RH條件下，含和不含Ti3C2Clx的無(wú)封裝器件在空氣中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
三、全文總結(jié)
綜上所述，我們提出了一種新的缺陷鈍化和應(yīng)變釋放策略，將以cl端的Ti3C2MXene加入鈣鈦礦薄膜的體積和表面，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的全無(wú)機(jī)CsPbBr3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。由于鈣鈦礦晶格中Pb2+離子與Ti3C2ClxMXCene中終止Cl原子的界面形成，鈣鈦礦膜界面和晶界處的缺陷和膨脹晶格明顯愈合，發(fā)揮表面晶格“帶”的作用，其中Pb-Cl鍵代表“膠”，Ti3C2固定晶格。結(jié)果表明，最佳的全無(wú)機(jī)CsPbBr3PSC的效率高達(dá)11.08%，超高Voc為1.702V，是CsPbBr3太陽(yáng)能電池最高的PCE和電壓記錄。此外，未封裝的太陽(yáng)能電池在高濕度(80%RH)和高溫(85°C)條件下，分別在100天和30天內(nèi)具有良好的穩(wěn)定性。我們的研究結(jié)果為制備高質(zhì)量的無(wú)缺陷鈣鈦礦薄膜開(kāi)辟了一條新的途徑，這不僅有利于制備高性能的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，也有利于其他基于鈣鈦礦的光電器件。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1002/advs.202101418
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