江蘇激光聯盟導讀：

一份來自 EcolePolytechnique Federale de Lausanne的研究表明，通過3D化學技術提高了鈣钛礦型太陽能電池闆的效率。

EPFL化學工程師領導的一項國際合作克服了鈣钛礦制造中的一個問題，該問題降低了鈣钛礦作為太陽能電池闆的效率。該方法生産的鈣钛礦型太陽能電池闆的效率為23.9%，運行穩定性超過1000% 小時。

a PDEAI2異構體結構。b J-V特性的冠軍裝置與o-PDEAI2。c制備的鈣钛礦太陽能組件照片。

鈣钛礦是由金屬鹵化物和有機成分制成的雜化化合物，在LED燈、激光器和光電探測器等領域顯示出巨大的應用潛力。然而，他們的主要貢獻在于太陽能電池，在太陽能電池領域，他們有望超越市場，取代矽電池。

在高效和穩定太陽能電池的主要候選材料中，碘化鉛鈣钛礦顯示出優異的集光能力。然而，它們的效率在很大程度上取決于它們的制造，一個關鍵因素是去除它們采光表面的缺陷。

a PDEAI2異構體的結構。b由PDEAI2和PbI2的等摩爾比獲得的薄膜的XRD圖譜。由PDEAI2和PbI2的等摩爾比獲得的薄膜的c吸收和PL發射光譜。用不同的有機鹵化物鹽處理過的鈣钛礦薄膜的d溫度相關的PL圖像。e表面2D鈣钛礦的（002）反射強度作為後處理鈣钛礦薄膜退火溫度的函數。後處理後鈣钛礦薄膜的GIWAXS圖像。g p-PDEAI2和o-PDEAI2組裝鈣钛礦表面示意圖。

鈍化與鈣钛礦效率

這通常是通過一種稱為“鈍化”的方法來實現的，該方法在鈣钛礦薄膜的表面塗覆化學物質（鹵化烷基铵），使其更具抗性和穩定性。該工藝在主要鈣钛礦型光吸收體的頂部添加了二維鈣钛礦層，從而提高了器件的穩定性。

優化的二維鈣钛礦結構，包括o-PDEAI2, m-PDEAI2和p-PDEAI2。b優化鈣钛礦表面吸附2D陽離子的結構。頂部的插圖表示在2 × 2鈣钛礦表面可以吸附的PDEA陽離子的最大數目。原理圖是基于相應結構的優化坐标，并将其轉換為多個數字。對于o-PDEAI2結構，兩種模式的吸附方式相似。

問題是，鈍化實際上會産生反作用，形成所謂的“面内”鈣钛礦層，不會“移動”電荷，特别是在高溫下。這是擴大和商業化潛在太陽能電池闆的一個明顯缺點。

三維化學救援

在一項新的研究中，由EPFL基礎科學學院的Mohammad Nazeeruddin領導的科學家們發現了一種解決問題的方法，即用于制造鈣钛礦的碘化物的不同異構體對其進行處理。在化學中，同分異構體是具有相同分子式但其原子在三維空間中排列不同的化合物。

依賴鈍化層的器件性能。a o-PDEAI2鈍化PSC的橫斷面掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。b在反向(紅色)和正向(橙色)掃描方向(插圖顯示其穩定的功率輸出)測量o-PDEAI2冠軍設備的J-V特性。c有o-PDEAI2和沒有o-PDEAI2的PCE分布統計。(每種情況20個樣本的統計數據)。實線表示PCE統計量的高斯分布拟合。d不同器件的電壓依賴性平均PL壽命。e器件綜合電荷提取曲線。f側向樣品幾何形狀中的瞬态光電流衰減。

科學家們研究了碘化物PDEAI2（苯基二乙基铵）的不同異構體形成二維鈣钛礦所需的最小能量。這些同分異構體被設計用于研究人員所稱的“定制缺陷鈍化”，這意味着它們對鈣钛礦的鈍化作用已經提前得到了很好的表征。

PSCs的模塊性能和長期穩定性。制作的鈣钛礦太陽能組件的照片。b顯示模塊互連的示意圖。活動面積為26.00的champion鈣钛礦太陽能組件的c J–V特性平方厘米。d在黑暗中暴露于40–50%受控相對濕度（RH）下的未封裝器件的PCE的演變。e在85℃恒定加熱下未封裝器件的PCE演變在氮氣環境中，溫度為攝氏度。鈣钛礦薄膜的f XRD圖譜随恒定85℃退火時間的變化 1100°C.g最大功率點跟蹤（MPPT）連續光照下未封裝設備的h（100 兆瓦厘米−2） 25時的照明在氮氣環境中，溫度為攝氏度。

結果表明，該方法在避免鈍化對鈣钛礦效率的負面影響方面非常有效。具體地說，最有效的PDEAI2異構體也是最“空間受阻”的，這一術語指的是僅僅因為化合物的分子體積而導緻的化學反應性減慢。事實上，空間位阻通常用于防止或減少不必要的反應。

用這種方法生産的鈣钛礦型太陽能電池的效率為23.9%，運行穩定性超過1000小時。這項工作還實現了21.4%的鈣钛礦模塊的記錄效率，其有效面積為26 cm2。

來源：Tuning structural isomers of phenylenediammonium to afford efficientand stable perovskite solar cells and modules, NatureCommunications (2021). DOI:10.1038/s41467-021-26754-2

江蘇激光聯盟陳長軍原創作品！

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