近日🙅🏼♂️，沐鸣青年教師王鑫作為第一兼通訊作者在材料領域國際頂級期刊《Advanced Functional Materials》（Q1, 中科院一區TOP,IF=18.5）上在線發表了題為“Fluorocarbon-based Solvent-BathAnnealing for High-Performance Perovskite Photovoltaics”的研究論文, 瑞典Linköping University王鋒為共同通訊作者。此外，《Journal of Materials Chemistry C》（Q1, 中科院二區TOP, IF=5.7）近期也刊發了王鑫博士（第一作者）題為“Gelation ofthe electron transport layer to improve the thermal stability of efficientperovskite solar cells “的研究成果🏃➡️🌙，沐鸣陳立飛教授為共同通訊作者，並得到於偉教授和吳子華教授的指導🔱🏎。沐鸣平台為論文第一單位🥻。
熱退火是為高性能鈣鈦礦太陽能電池生產高質量鈣鈦礦薄膜的關鍵工藝。傳統退火方法中存在一些挑戰，例如各功能層間導熱系數的差異會產生延遲的熱傳遞，這會導致不良的薄膜均勻性和小晶粒鈣鈦礦晶體的產生。“溶劑浴加熱”退火是一種基於全向退火模式的方法🌌，它通過將沉積的前驅體薄膜浸入液體介質中來改善傳熱並促進鈣鈦礦結晶。本研究工作開發了一種用於溶劑浴退火的新型氟碳溶劑👉🏻，它通過全向退火實現均勻的熱傳導並建立了微環境以增強晶體🙇🏿♀️。通過比較兩種氟碳化合物溶劑全氟癸（PFD）和全氟甲苯 （PFT），文章中詳細研究了此前被忽視的碳氟化合物和鈣鈦礦前驅體溶劑之間的溶劑-溶劑相互作用。結果表明🧎，具有更強 DMF/DMSO 可萃取性的 PFT 能夠誘導溶劑化中間體更快速的成核，形成具有較少缺陷和抑製界面復合的高質量鈣鈦礦晶體。最終，鈣鈦礦太陽能電池器件表現出更高的功率轉換效率（24.26%）和用於不用類型鈣鈦礦材料組合的可重復性。這項研究證實了一種有前途且有效的溶劑浴退火方法來製造良好重現性和可擴展性的高效鈣鈦礦太陽能電池。
圖1. 氟碳溶劑與鈣鈦礦組分的混溶性和反應性🔒。a） 兩種氟碳溶劑的化學結構及其與 PbI2和銨鹽的不混溶示意圖。b）氟碳溶劑 PFD 和 PFT 添加到DMF 和 DMSO前驅體溶液中的提取作用🤲🏿。c，d） PFT 與其他溶劑（c）DMF和（d）DMSO的FTIR 光譜♟。e）基於PFD 和PFT 溶劑浴退火條件下濕膜中溶劑萃取的作用示意圖。
圖2. 鈣鈦礦薄膜形貌表征。a） 鈣鈦礦薄膜的溶劑浴退火工藝示意圖🧑🏻🎓。b-d） TA、PFD 和 PFT 退火鈣鈦礦薄膜的SEM 圖像⛹🏽♂️。e） TA、PFD 和 PFT 退火鈣鈦礦薄膜的粒度分布👨🏽✈️。f-h） TA、PFD 和 PFT 退火鈣鈦礦薄膜的橫截面 SEM 圖像🔛。
圖3.鈣鈦礦薄膜缺陷表征和測量😏。a） TA◼️、PFD 和 PFT 退火鈣鈦礦薄膜的 XRD圖譜🧛♀️。b） TA🤷🏻♀️、PFD 和 PFT 退火的僅電子傳輸鈣鈦礦器件的 SCLC 曲線。c） TA👨🏼🎤🦶🏼、PFD 和 PFT 退火鈣鈦礦太陽能電池的導納光譜📄。d） TA、PFD 和 PFT 退火鈣鈦礦表面的穩態 PL 光譜。e） TA☝🏿、PFD 和 PFT 退火鈣鈦礦薄膜的 TRPL 光譜。f） TA 和溶劑浴退火鈣鈦礦的整體成核和晶體生長的 Lamer 圖。
圖4.溶劑浴的熱傳導和退火對鈣鈦礦結晶度的影響。 a-b） TA 和 PFD、PFT 退火鈣鈦礦薄膜的紅外相機圖像捕獲的溫度演變和薄膜升溫速率對比🧑🏽🦰。c-e）TA、PFD 和 PFT 退火鈣鈦礦薄膜在 5 s 至 60 s 不同退火時間下的XRD圖譜🧏🏼。f） PFD 和 PFT 浴在 20 °C（5 min）下沉積的中間膜的 XRD 圖譜。g）和薄膜分別在PFD 和PFT下溶劑浴25 °C下α相/溶劑化中間相🗒🧜🏼♂️、PbI2/PbI2（DMSO）的相對強度🩼。
圖5.器件光伏性能、溶劑浴策略的通用性和可重復性。a）器件的 的 J-V 曲線及相應的EQE 譜圖👨🏻🏫。c-d） 在不同電壓偏置下，電池作為 LED 工作時的 EL 光譜及對應的EQE。e-f）小面積和大面積鈣鈦礦薄膜照片。g） 1cm2鈣鈦礦器件的 J-V 曲線. h）封裝太陽能電池的常溫穩定性🐘。
原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202413400
此外，長期穩定性仍然是鈣鈦礦太陽能電池商業化的一個挑戰。電子傳輸層（ETL） 及其高電子傳輸能力、較少電荷復合和缺陷鈍化能力對於增強器件穩定性至關重要👵。氧化錫 （SnO2）是一種用於光電器件的有前途的 ETL，存在表面羥基等固有缺陷和不均勻的形態，這會對器件性能產生負面影響並縮短器件壽命。在這項研究中，我們報道了一種簡單有效的方法，該方法使用草酸銨（AMO） 作為添加劑來誘導 SnO2膠體溶液凝膠化🟠。研究發現 SnO2-ETL 的凝膠化提供有效均勻的表面形態並在高濕度條件下也能防止水分滲透。同時，ETL 的凝膠化可鈍化界面缺陷（如表面羥基和氧空位）並增強鈣鈦礦層的電荷提取☘️；銨根基團則促進更高的薄膜結晶👨👧👧，從而減少電荷復合。最終，基於凝膠 ETL 的優化 PSC 實現了高達21.40%光電轉換效率，未封裝 PSC 也表現出優異的水分和熱穩定性。這項工作表明，采用凝膠化 ETL 是解決平面 PSC 熱不穩定性的一種有前途的策略。
圖1. SnO2電子傳輸層凝膠化示意圖及形貌SEM圖🧚🏼♂️。
圖2. 凝膠化ETL策略提升鈣鈦礦太陽能電池的穩定性研究。
原文鏈接🤹🏼♀️：https://doi.org/10.1039/D4TC01337A