钙钛矿太阳电池中的脒基小分子界面修饰策略

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0008

摘要/Abstract

摘要： 为了钝化钙钛矿中存在的缺陷，提高钙钛矿薄膜质量，本文设计了一种新型的小分子2-氨基乙脒二氢溴酸盐（2AD）对钙钛矿（（FA_0.90MA_0.05Cs_0.05）Pb（I_0.96Br_0.04）₃）薄膜进行界面修饰，使用氯苯作为反溶剂进行1.55 eV带隙的反式钙钛矿太阳电池器件制备，并结合物相、光电性能和器件性能进行实验分析。系统性的实验结果表明，2AD作为一种多功能试剂，其有效性主要体现在以下三个方面：一是将钙钛矿薄膜的晶粒尺寸从304 nm提升至321 nm，粗糙度从16.6 nm降低至15.8 nm，接触角从70.1°增加到74.3°，增加了疏水性；二是增加了钙钛矿薄膜的光生载流子寿命，抑制了钙钛矿薄膜中的非辐射复合，有利于电荷的转移；三是在大气环境中暴露30 d以上依然可以保持初始光电转换效率的90%以上。最终实现钙钛矿器件的效率从21.32%提升至23.49%，并且迟滞因子明显降低。

关键词: 钙钛矿; 太阳电池; 界面修饰; 缺陷钝化; 稳定性

Abstract: To passivate defects in perovskite and enhance perovskite flims quality，a novel small molecule，2-amidinoethylenediamine dihydrobromide （2AD）， was designed for interfacial modification of mixed-cation mixed-halide perovskite （（FA_0.90MA_0.05Cs_0.05） Pb（I_0.96Br_0.04）₃） flims with a bandgap of 1.55 eV. The inverted perovskite solar cells （PSCs） were fabricated via an anti-solvent method using chlorobenzene， followed by systematic analysis of phase composition， optoelectronic properties， and device performance. Experimental results demonstrate the multifunctional effectiveness of 2AD in three key aspects： 1） the grain size of perovskite films increases from 304 nm to 321 nm， accompanied by reduces surface roughness from 16.6 nm to 15.8 nm， and enhances hydrophobicity contact angle from 70.1° to 74.3°，the hydrophobicity increases； 2） the photogenerated carrier lifetime is significantly prolonged， effectively suppressing non-radiative recombination and facilitating charge transfer； 3） unencapsulated devices retains over 90% of their initial power conversion efficiency after 30 d exposure to ambient atmosphere. Finally， the efficiency of the perovskite device increases from 21.32% to 23.49%， and the hysteresis factor significantly reduces.

Key words: perovskite; solar cells; interface modification; defect passivation; stability

中图分类号:

TM914.4

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图/表 8

表1 钙钛矿中各组分质量

Table 1 Mass of each component in perovskite

Component of PVK	FAI	MABr	CsI	PbBr₂	PbI₂	MACl
Mass/mg	232.78	7.98	19.49	28.21	675.76	30.159

图1 经过2AD处理（a）、（b）和未经过2AD处理（d）、（e）钙钛矿薄膜的SEM照片和晶粒统计（c）、（f）

Fig.1 SEM images of perovskite films with （a），（b） and without 2AD treatment （d），（e）， and grain statistics （c），（f）

图2 未经过2AD处理（a）、（b）和经过2AD处理（c）、（d）钙钛矿薄膜的AFM照片

Fig.2 AFM images of perovskite films without （a），（b） and with （c），（d） 2AD treatment

图3 未经过2AD处理（a）和经过2AD处理（b）钙钛矿薄膜的水接触角图像

Fig.3 Water contact angle images of perovskite films without （a） and with （b） 2AD treatment

图4 经过和未经过2AD处理的钙钛矿薄膜的XRD图谱（a）和FWHM分析（b）

Fig.4 XRD patterns （a） and FWHM analysis （b） of perovskite films with and without 2AD treatment

图5 未经过和经过2AD处理的钙钛矿薄膜的紫外可见光吸收图（a）、带隙图（b）、PL图（c）和TRPL图（d）

Fig.5 UV-Vis absorption spectra （a）， band gap plots （b）， PL spectra （c）， and TRPL spectra （d） of perovskite films with and without 2AD treatment

图6 未经过和经过2AD处理的XPS。（a）Pb 4f光谱；（b）I 3d光谱；（c）N 1s光谱

Fig.6 XPS with and without 2AD treatment. （a） Pb 4f；（b） I 3d；（c） N 1s

图7 经过（a）和未经过（b）2AD处理的钙钛矿器件的正反扫数据与J-V曲线，以及器件稳定性（c）

Fig.7 J-V curves of perovskite devices with （a） and without （a） 2AD treatment， forward and reverse scan data， and （c） device stability

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