具有可调谐和理想带隙的锡铅混合钙钛矿 （TLP） 在接近功率转换效率 （PCE） 的 Shockley-Queisser 极限方面表现出巨大的潜力。然而，需要解决两个关键问题，包括 Sn²⁺ 的氧化和可忽略不计的成分和相偏析。后者源于 Sn 基和 Pb 基钙钛矿之间的不平衡结晶速率。在本文中，作者报告了一种通过在 TLP 前驱体溶液中引入 3,4-二羟基苄胺氢溴酸盐 （DHBABr） 来解决上述关键问题的策略。DHBABr 通过抑制结晶 DMSO-FA-Pb-I 中间体的形成来促进 FAPbI₃ 钙钛矿的结晶，并通过优先形成稳定的无定形 DHBA-FA-Sn-I 中间体来延缓 FASnI₃ 的结晶速率。因此，这平衡了 Sn 基和 Pb 基钙钛矿之间的结晶速率。因此，Sn/Pb 比率的空间分布在整个 TLP 薄膜中更加均匀，这有利于制造工艺的放大。依靠这种掺杂策略伴随着 DHBABr 的表面钝化，降低了 TLP 的缺陷密度，抑制了 Sn²⁺ 的氧化，并优化了器件的波段对准，我们在V_oc为 0.853 V 和 FF 的情况下实现了 22.44% 的 PCE，并在 champion 器件的连续光照下提高了 T₈₀ = 476 h。
 
 
Fig 1. DHBABr 和 TLP 组分之间的相互作用以及 DHBABr 对 Sn 和 Pb 基钙钛矿结晶的影响。（a） DHBABr 的化学结构及其静电电位。（b） 沉积在 KBr 晶圆上的 FAI、DHBABr 及其混合物的放大 FTIR 光谱。（c） 沉积在 KBr 晶圆上的 DHBABr 及其与 PbI₂ 和 SnI₂ 的混合物以 1：1 的摩尔比沉积的放大 FTIR 光谱。（四）¹DHBABr 及其与 FAI、PbI₂ 和 SnI₂ 的混合物以 1：1 的摩尔比在 DMSO-d6 中溶解的 H NMR 谱图。（e， f）e） 无和有 DHBABr 掺杂的 FASnI₃ 湿膜和 f） 无和有 DHBABr 掺杂的 FAPbI₃ 湿膜的 XRD 图谱。DHBABr 掺杂放大到 100 mol% 以放大现象。将湿膜保存在充满 N₂ 气体的密封支架中进行测量，并在完成旋涂后 20 分钟进行测量。（g， h）（g） 不含和含 DHBABr 掺杂 （1 mol%） 的 FASnI₃ 和 （h） 不含和含 DHBABr 掺杂 （1 mol%） 的 FAPbI₃ 的 XRD 图谱，退火不同时间。
 

Fig 2. 平衡结晶的示意图和成分均匀性的研究。（a） DHBABr 对 TLP 钙钛矿结晶过程的影响示意图。（b） 用电感耦合等离子体质谱仪 （ICP-MS） 测试的 Sn 比例在对照和 DHBA-dop TLP 薄膜中 24 个区域中的分布。（c， d）从 （c） 对照和 （d） DHBA 掺杂钙钛矿薄膜的 XPS 深度剖面获得的深度依赖性 Sn/Pb 比率。两者都是在器件制造位置（Ag 电极沉积）内直径为 500μm 的点进行的。右 y 轴表示 In 3d 的峰面积。In 3d 信号的出现意味着它被蚀刻在 ITO 的表面。
 
 
Fig 3. 沉积在 ITO/PEDOT：PSS 衬底上的三种 TLP 薄膜的表征以及 DHBABr 在薄膜中功能的示意图。三种 TLP 薄膜的 （a） XRD 图谱、（b） 稳态 PL 和 （c） 时间分辨 PL。（D-F）（d） 对照、（e） DHBA-dop 和 （f） DHBA-dop +pas TLP 薄膜的俯视图 SEM 图像。（g） 三种 TLP 薄膜表面的 AFM-IR 图像，记录了 DHBABr 的特征吸收峰。（h） DHBA⁺ 分布及其与钙钛矿配位的示意图。
 
 
Fig 4. DHBABr 对 TLP 薄膜和设备稳定性的影响。（a） TLP 薄膜在空气中老化 3 天，RH 为 ∼20 % 的表面和横截面 SEM 图像。（b） 新鲜 TLP 薄膜（虚线）和老化 3 天薄膜（实线）的紫外-可见吸收光谱。（C-E）（c） 对照、（d） DHBA-dop 和 （e） DHBA-dop + pas 薄膜分别暴露在空气中 2 h 的 Sn_3d 的 XPS 光谱。
 

Fig 5. 钙钛矿/ETL 界面处的电子传输研究。（a） 在 −10 V 的偏置下测量的钙钛矿的 UPS 光谱。（b） 三个 TLP 的器件能级图。（c-e） ETL 和 （c） 控制、（d） DHBA-dop 和 （e） DHBA-dop+pas TLP 之间界面的能带弯曲示意图。所有 TLP 薄膜均在 ITO/PEDOT：PSS 衬底上制造。
 

Fig 6. 光伏性能和长期稳定性。（a） 反向扫描中冠军器件的 J-V 曲线。（b） 三个冠军器件的外量子效率 （EQE）。（c） 未封装器件在最大功率点 （MPP） 电压下的 SPO。（d） 一批 18 台设备中 3 台 TLP 设备的 PCE 分布。（e） 三种器件的奈奎斯特图，嵌入了等效电路模型。（f） 3 种器件的光强依赖性 V_oc 及其拟合曲线。（g） 使用三种 TLP 制造的纯孔器件的 SCLC 测试。这些装置以 ITO/PEDOT：PSS/TLP/Spiro-OMeTAD/Au 的结构制造，并在黑暗中进行了测试。（h） 在温度约为 25°C、相对湿度约为 50% 的环境环境中，在连续白光 LED 照明 （100 mW/cm²） 下对三种器件（封装）的归一化 MPP 跟踪。
 
        相关研究成果由南方科技大学 Zhubing He课题组于2024年在线发表在《Nano Energy》期刊上，Preferentially coordinating tin ions to suppress composition segregation for high-performance tin-lead mixed perovskite solar cells，原文链接: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110248

转自《石墨烯研究》公众号