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李燦院士團隊ACS Energy Lett.：PSCs的PCE高達23.12%！

來源：時間：2023-11-27 09:57:19 瀏覽：1707次

第一作者：Wajid Ali

通訊作者：李燦院士

通訊單位：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所

DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01936.

研究背景

晶格結(jié)構(gòu)對金屬鹵化物鈣鈦礦（MHP）光電子性能的影響已得到廣泛認(rèn)可，但晶體學(xué)和光生載流子之間的關(guān)系尚不清楚。基于此，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李燦院士團隊報道了甲基碘化鉛銨（MAPbI₃）雙疇在直流（DC）極化條件下，形成了優(yōu)先的晶體取向，導(dǎo)致疇邊界的演化和光散射的增強。揭示了微觀晶體調(diào)制在MHP太陽能電池性能中的關(guān)鍵作用。直流極化誘導(dǎo)了0.1%的不可逆晶體畸變、晶體的重定向和疇寬的增強。這些晶體結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致光吸收增強10%，抑制了可能源于晶格極化的非輻射復(fù)合，最終導(dǎo)致觀察到的Voc和Jsc的增加。

文章要點

1. 作者以甲基碘化鉛銨（MAPbI₃）雙疇為模型材料，研究其晶體結(jié)構(gòu)與光電性能之間的關(guān)系。晶體學(xué)研究表明，鐵彈性演化對MAPbI₃太陽能電池的性能起著至關(guān)重要的作用。具體而言，在直流（DC）極化和交流（AC）極化的外部電刺激下，雙疇的鐵彈性應(yīng)力是不同的。在直流極化下，鐵彈性應(yīng)力的調(diào)制增強了疇邊界處的光散射，導(dǎo)致與交流極化相比，光吸收明顯增強。

2. 連續(xù)的直流極化導(dǎo)致不可逆的晶格膨脹約0.1%，導(dǎo)致光吸收率提高10%。在直流極化下，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的短路電流密度J_sc和開路電壓V_oc分別提高了1.34 mA cm^-²和135 mV。極化增強PSCs的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）達到23.12%，是MAPbI₃中功率轉(zhuǎn)換效率最高的電池之一。本文報道的觀察是全新的發(fā)現(xiàn)，對金屬鹵化物鈣鈦礦(MHP)太陽能電池的性能有實際的改進。

圖文展示

圖1. MAPbI₃雙疇的晶格結(jié)構(gòu)

圖2.電場作用下MAPbI₃雙疇鐵彈性應(yīng)力的調(diào)制

圖3.鐵彈性應(yīng)力對光學(xué)性質(zhì)和載流子動力學(xué)的影響

圖4.鐵彈性應(yīng)力對太陽能電池性能的影響

圖5.不同極化下的晶體演化機制

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