具有可調諧和理想帶隙的錫鉛混合鈣鈦礦 （TLP） 在接近功率轉換效率 （PCE） 的 Shockley-Queisser 極限方面表現出巨大的潛力。然而，需要解決兩個關鍵問題，包括 Sn
2+ 的氧化和可忽略不計的成分和相偏析。后者源于 Sn 基和 Pb 基鈣鈦礦之間的不平衡結晶速率。在本文中，作者報告了一種通過在 TLP 前驅體溶液中引入 3,4-二羥基芐胺氫溴酸鹽 （DHBABr） 來解決上述關鍵問題的策略。DHBABr 通過抑制結晶 DMSO-FA-Pb-I 中間體的形成來促進 FAPbI
3 鈣鈦礦的結晶，并通過優先形成穩定的無定形 DHBA-FA-Sn-I 中間體來延緩 FASnI
3 的結晶速率。因此，這平衡了 Sn 基和 Pb 基鈣鈦礦之間的結晶速率。因此，Sn/Pb 比率的空間分布在整個 TLP 薄膜中更加均勻，這有利于制造工藝的放大。依靠這種摻雜策略伴隨著 DHBABr 的表面鈍化，降低了 TLP 的缺陷密度，抑制了 Sn
2+ 的氧化，并優化了器件的波段對準，我們在
Voc為 0.853 V 和
FF 的情況下實現了 22.44% 的 PCE，并在 champion 器件的連續光照下提高了 T
80 = 476 h。
Fig 1.
DHBABr 和 TLP 組分之間的相互作用以及 DHBABr 對 Sn 和 Pb 基鈣鈦礦結晶的影響。（a） DHBABr 的化學結構及其靜電電位。
（b） 沉積在 KBr 晶圓上的 FAI、DHBABr 及其混合物的放大 FTIR 光譜。（c） 沉積在 KBr 晶圓上的 DHBABr 及其與 PbI
2 和 SnI
2 的混合物以 1：1 的摩爾比沉積的放大 FTIR 光譜。（四）
1DHBABr 及其與 FAI、PbI
2 和 SnI
2 的混合物以 1：1 的摩爾比在 DMSO-d6 中溶解的 H NMR 譜圖。（e， f）e） 無和有 DHBABr 摻雜的 FASnI
3 濕膜和 f） 無和有 DHBABr 摻雜的 FAPbI
3 濕膜的 XRD 圖譜。DHBABr 摻雜放大到 100 mol% 以放大現象。將濕膜保存在充滿 N
2 氣體的密封支架中進行測量，并在完成旋涂后 20 分鐘進行測量。（g， h）（g） 不含和含 DHBABr 摻雜 （1 mol%） 的 FASnI
3 和 （h） 不含和含 DHBABr 摻雜 （1 mol%） 的 FAPbI
3 的 XRD 圖譜，退火不同時間。
Fig 2.
平衡結晶的示意圖和成分均勻性的研究。（a） DHBABr 對 TLP 鈣鈦礦結晶過程的影響示意圖。（b） 用電感耦合等離子體質譜儀 （ICP-MS） 測試的 Sn 比例在對照和 DHBA-dop TLP 薄膜中 24 個區域中的分布。（c， d）從 （c） 對照和 （d） DHBA 摻雜鈣鈦礦薄膜的 XPS 深度剖面獲得的深度依賴性 Sn/Pb 比率。兩者都是在器件制造位置（Ag 電極沉積）內直徑為 500μm 的點進行的。右 y 軸表示 In 3d 的峰面積。In 3d 信號的出現意味著它被蝕刻在 ITO 的表面。
Fig 3.
沉積在 ITO/PEDOT：PSS 襯底上的三種 TLP 薄膜的表征以及 DHBABr 在薄膜中功能的示意圖。三種 TLP 薄膜的 （a） XRD 圖譜、（b） 穩態 PL 和 （c） 時間分辨 PL。（D-F）（d） 對照、（e） DHBA-dop 和 （f） DHBA-dop +pas TLP 薄膜的俯視圖 SEM 圖像。（g） 三種 TLP 薄膜表面的 AFM-IR 圖像，記錄了 DHBABr 的特征吸收峰。（h） DHBA
+ 分布及其與鈣鈦礦配位的示意圖。
Fig 4.
DHBABr 對 TLP 薄膜和設備穩定性的影響。（a） TLP 薄膜在空氣中老化 3 天，RH 為 ∼20 % 的表面和橫截面 SEM 圖像。（b） 新鮮 TLP 薄膜（虛線）和老化 3 天薄膜（實線）的紫外-可見吸收光譜。（C-E）（c） 對照、（d） DHBA-dop 和 （e） DHBA-dop + pas 薄膜分別暴露在空氣中 2 h 的 Sn
3d 的 XPS 光譜。
Fig 5.
鈣鈦礦/ETL 界面處的電子傳輸研究。（a） 在 −10 V 的偏置下測量的鈣鈦礦的 UPS 光譜。（b） 三個 TLP 的器件能級圖。（c-e） ETL 和 （c） 控制、（d） DHBA-dop 和 （e） DHBA-dop+pas TLP 之間界面的能帶彎曲示意圖。所有 TLP 薄膜均在 ITO/PEDOT：PSS 襯底上制造。
Fig 6.
光伏性能和長期穩定性。（a） 反向掃描中冠軍器件的
J-V 曲線。（b） 三個冠軍器件的外量子效率 （EQE）。（c） 未封裝器件在最大功率點 （MPP） 電壓下的 SPO。（d） 一批 18 臺設備中 3 臺 TLP 設備的 PCE 分布。（e） 三種器件的奈奎斯特圖，嵌入了等效電路模型。（f） 3 種器件的光強依賴性
Voc 及其擬合曲線。（g） 使用三種 TLP 制造的純孔器件的 SCLC 測試。這些裝置以 ITO/PEDOT：PSS/TLP/Spiro-OMeTAD/Au 的結構制造，并在黑暗中進行了測試。（h） 在溫度約為 25°C、相對濕度約為 50% 的環境環境中，在連續白光 LED 照明 （100 mW/cm
2） 下對三種器件（封裝）的歸一化 MPP 跟蹤。
相關研究成果由南方科技大學 Zhubing He課題組于2024年在線發表在《Nano Energy》期刊上，Preferentially coordinating tin ions to suppress composition segregation for high-performance tin-lead mixed perovskite solar cells，原文鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110248
轉自《石墨烯研究》公眾號
