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北卡黄劲松Joule：钙钛矿太阳能电池Voc损失降至317毫伏，表面应变使浅陷阱密度提高至100倍以上

发表时间：2024-10-31 14:53

钙钛矿中的浅层陷阱被用于解释极长的载流子复合寿命。然而，浅层陷阱的基本特性却鲜为人知。在这篇文章中，北卡罗来纳大学黄劲松等人直接表征了钙钛矿太阳能电池中的浅陷阱，并发现钙钛矿比传统半导体具有更丰富的浅陷阱。

通过引入表面应变可使钙钛矿中的浅陷阱密度提高100倍以上，这表明浅陷阱主要分布在薄膜表面。高密度的浅陷阱可以暂时保留电子，并通过阻止电子的双分子复合来增加自由空穴浓度，从而将非常稳定的甲醛-铯(FACs)-钙钛矿的Voc损失降低到317 mV。通过有意增加浅陷阱密度可以增强开路电压的研究，为进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率提供了新的策略。

研究重点

钙钛矿中的浅层陷阱比传统半导体丰富
表面微应变可使浅阱密度提高100倍以上
高密度的浅阱提高了太阳能电池的开路电压
通过引入浅阱将钙钛矿光伏器件的Voc损失降低到317 mV

主要内容

金属卤化物钙钛矿（MHPs）的低密度深陷阱缺陷对于高性能光电器件至关重要。推测MHPs中的浅阱可以提高电荷复合寿命。然而，这些浅层陷阱的化学性质和分布以及它们对太阳能电池运行的影响仍然未知。

在这篇文章中，北卡罗来纳大学黄劲松等人报告了浅层陷阱比传统半导体中MHPs丰富得多，并且通过局部表面应变可以使其密度提高100倍以上，表明浅层陷阱主要位于表面。表面应变是通过将两胺端分子锚定在甲脒阳离子上引入的，而浅层陷阱是由能带边缘向缺陷水平下移而形成的。

高密度的浅阱暂时保留一种类型的电荷，并通过保持双分子复合的光生电荷来增加工作太阳能电池中另一种类型的自由载流子浓度，从而将开路电压损失降低至317 mV。

图1. 电荷发射浅阱表征

图2. 微应变浅阱操作

图3. 钝化深陷阱，同时引入浅陷阱

图4. 浅阱对器件Voc的影响

文献信息

Enhancing charge-emitting shallow traps in metal halide perovskites by >100 times by surface strain

Ying Zhou, Hengkai Zhang, Yeming Xian, Zhifang Shi, Jean Noalick Aboa, Chengbin Fei, Guang Yang, Nengxu Li, Farida A. Selim, Yanfa Yan, Jinsong Huang*

https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.10.004