北卡黃勁松Joule：鈣鈦礦太陽能電池Voc損失降至317毫伏，表面應變使淺陷阱密度提高至100倍以上

發表時間：2024-10-31 14:53

鈣鈦礦中的淺層陷阱被用于解釋極長的載流子復合壽命。然而，淺層陷阱的基本特性卻鮮為人知。在這篇文章中，北卡羅來納大學黃勁松等人直接表征了鈣鈦礦太陽能電池中的淺陷阱，并發現鈣鈦礦比傳統半導體具有更豐富的淺陷阱。

通過引入表面應變可使鈣鈦礦中的淺陷阱密度提高100倍以上，這表明淺陷阱主要分布在薄膜表面。高密度的淺陷阱可以暫時保留電子，并通過阻止電子的雙分子復合來增加自由空穴濃度，從而將非常穩定的甲醛-銫(FACs)-鈣鈦礦的Voc損失降低到317 mV。通過有意增加淺陷阱密度可以增強開路電壓的研究，為進一步提高鈣鈦礦太陽能電池的效率提供了新的策略。

研究重點

鈣鈦礦中的淺層陷阱比傳統半導體豐富
表面微應變可使淺阱密度提高100倍以上
高密度的淺阱提高了太陽能電池的開路電壓
通過引入淺阱將鈣鈦礦光伏器件的Voc損失降低到317 mV

主要內容

金屬鹵化物鈣鈦礦（MHPs）的低密度深陷阱缺陷對于高性能光電器件至關重要。推測MHPs中的淺阱可以提高電荷復合壽命。然而，這些淺層陷阱的化學性質和分布以及它們對太陽能電池運行的影響仍然未知。

在這篇文章中，北卡羅來納大學黃勁松等人報告了淺層陷阱比傳統半導體中MHPs豐富得多，并且通過局部表面應變可以使其密度提高100倍以上，表明淺層陷阱主要位于表面。表面應變是通過將兩胺端分子錨定在甲脒陽離子上引入的，而淺層陷阱是由能帶邊緣向缺陷水平下移而形成的。

高密度的淺阱暫時保留一種類型的電荷，并通過保持雙分子復合的光生電荷來增加工作太陽能電池中另一種類型的自由載流子濃度，從而將開路電壓損失降低至317 mV。

圖1. 電荷發射淺阱表征

圖2. 微應變淺阱操作

圖3. 鈍化深陷阱，同時引入淺陷阱

圖4. 淺阱對器件Voc的影響

文獻信息

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