5天发表JACS和AEM,南开大学刘永胜团队在二维钙钛矿电池连续取得新进展!
纳米技术 2020-06-28

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基于FA的3D钙钛矿太阳能电池(PSC)已得到广泛研究,与基于MAPbI3的器件相比,它们显示出减小的带隙,增强的稳定性和改善的效率。然而,基于FA的隔离物很少用于二维Ruddlesden-Popper(RP)钙钛矿的研究,近日,南开大学刘永胜等人首次成功合成了基于FA的衍生物2-噻吩甲脒盐 (ThFA),并用作2D RP PSC的有机间隔物。


研究人员开发了一种前体有机盐辅助晶体生长技术,制备了高质量的2D(ThFA)2(MA)n-1PbnI3n+1钙钛矿薄膜,该薄膜具有优先的垂直生长方向,高的载流子迁移率,和降低的陷阱密度。


倒置平面p-i-n结构的2D RP PSC的功率转换效率(PCE)从7.23%显著提高到16.72%,且滞后可以忽略不计。重要的是,优化的2D PSC在不封装的情况下,在N2中存储3000 h后,其稳定性显著提高(少于1% degradation)。

 

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Yixin Dong, et al. 2‐Thiopheneformamidinium‐Based 2D Ruddlesden–Popper Perovskite Solar Cells with Efficiency of 16.72% and Negligible Hysteresis. AEM 2020.

DOI:10.1002/aenm.202000694

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202000694


一周前,该团队在JACS上报道了一种二价噻吩分子(2,5-噻吩二甲基铵)作为阳离子,应用在二维Dion–Jacobson型钙钛矿材料

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和传统三维钙钛矿材料相比,二维钙钛矿材料目前在光伏材料中显示出非常好的可调节性和较好的环境稳定性,制备了高质量的二维钙钛矿(ThDMA)MAn-1PbnI3n+1(n=5),制备的材料有较好的晶化程度、优化的生长方向、改善的载流子寿命。

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二维材料的制备过程通过一步方法在DMF/DMSO(9:1)混合溶液中实现,制备的电池效率达到了15.75 %,是目前二维钙钛矿中最好的效率。此外,未组装的二维钙钛矿基电池在N2中储存1655 h后仍然能保持95 %的电池效率。特别的,和三维结构钙钛矿相比,这种二维钙钛矿材料在80 ℃中的光稳定性和热稳定性都明显提高。这些结果说明,通过二价噻吩分子制备的二维钙钛矿太阳能电池具有较好且稳定的工作效率。

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2,5-噻吩二甲基铵合成。2,5-噻吩二甲醛在NaBH4中将醛基还原为羟基,随后在DBU中催化中和二苯基磷酸叠氮基(DPPA)反应,将羟基转化为N3基团。在PPh3催化作用中将N3转化为NH2。随后通过Boc2O对NH2进行保护,随后和HI反应转化为胺基碘化物。

制备了结构为ITO/PEDOT: PSS/perovskite/PCBM/BCP/Ag的太阳能电池。优化后的电池中开路电压达到1.07 V,电流密度达到19.55 mA cm-2,填充因子达到75.46 %。对比电池的效率为6.11 %,开路电压为1.00 V,电流密度为9.83 mA cm-2,填充因子为62.01 %。

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Di Lu, Guangwei Lv, Zhiyuan Xu, Yixin Dong, Xiaofei Ji, and Yongsheng Liu*,Thiophene-based Two-Dimensional Dion–Jacobson Perovskite Solar Cells with over 15% Efficiency, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI:10.1021/jacs.0c03363
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c03363

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