钙钛矿太阳能电池中通过可调表面场降低复合
应用物理
2022-11-10 v2 材料科学
摘要
通过钝化或表面场工程降低半导体表面的能量损失，已成为制造高效光伏(PV)与光电器件的关键步骤。类似地，利用准二维异质结构对新兴卤化物钙钛矿进行表面修饰现已普遍存在，以实现 >22% 的 PV 功率转换效率(PCE)，并推动单结 PV 器件达到 25.7%，然而对这些处理如何起作用仍普遍缺乏基础性理解。这已成为最大化有益改进的瓶颈，因为目前尚无具体的选择与设计规则。本文中，我们揭示了在首批达到 >25% PCE 里程碑的钙钛矿 PV 器件中发现的一种新型可调钝化策略与机制，其通过对体相钙钛矿层用溴己铵(HABr)进行表面处理实现。我们揭示了富碘 2D 层的同时形成，以及通过部分卤素交换实现的 Br 卤素梯度，该梯度从缺陷表面与晶界延伸至体相层。我们利用独特的深度敏感纳米级表征技术组合，展示并直接可视化了 2D 层厚度、卤素梯度与能带结构的可调性。我们表明该界面的优化可将载流子寿命延长至 >30 {\mu}s，这是过去 50 年来直接带隙半导体(GaAs、InP、CdTe)报道的最长数值。重要的是，本工作揭示了在半导体界面优化与调控复合及电荷输运的一种全新策略与旋钮，并很可能为达成下一组钙钛矿器件性能纪录建立新前沿。
引用
@article{arxiv.2204.07642,
title = {Reduced Recombination via Tunable Surface Fields in Perovskite Solar Cells},
author = {Dane W. deQuilettes and Jason Jungwan Yoo and Roberto Brenes and Felix Utama Kosasih and Madeleine Laitz and Benjia Dak Dou and Daniel J. Graham and Kevin Ho and Seong Sik Shin and Caterina Ducati and Moungi Bawendi and Vladimir Bulović},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.07642},
year = {2022}
}
备注
Main text: 16 pages, 4 figures. Supporting Information: 47 pages, 26 figures, 6 tables