六氯锡酸铵促进钙钛矿太阳能电池界面电子转移及其飞秒瞬态吸收光谱研究

刘纪舟 艾陈斌 胡晨睿 程蓓 张建军

引用本文: 刘纪舟, 艾陈斌, 胡晨睿, 程蓓, 张建军. 六氯锡酸铵促进钙钛矿太阳能电池界面电子转移及其飞秒瞬态吸收光谱研究[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11): 240200. doi: 10.3866/PKU.WHXB202402006 shu
Citation:  Jizhou Liu, Chenbin Ai, Chenrui Hu, Bei Cheng, Jianjun Zhang. Accelerated Interfacial Electron Transfer in Perovskite Solar Cell by Ammonium Hexachlorostannate Modification and fs-TAS Investigation[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(11): 240200. doi: 10.3866/PKU.WHXB202402006 shu

六氯锡酸铵促进钙钛矿太阳能电池界面电子转移及其飞秒瞬态吸收光谱研究

    通讯作者: 张建军, zhangjianjun@cug.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 52073223

    国家自然科学基金 22278324

    国家自然科学基金 52202375

    湖北省自然科学基金 2022CFA001

摘要: 有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光伏性能(PCE)和简单的制备工艺而受到广泛关注。然而,界面处的电荷复合是制约PSCs光电转换效率进一步提高的关键因素。本文基于旋涂镀膜法利用室温合成的六氯锡酸铵(AH)晶体对钙钛矿薄膜(PSK)和电子传输层之间的界面进行修饰。AH是一种无机锡基钙钛矿材料,可以钝化PSK中的缺陷,建立更好的晶格匹配,从而提高PSK的质量和结晶度。开尔文探针力显微镜结果证实,AH促进了光生电子的定向迁移。飞秒瞬态吸收光谱结果说明AH有效缩短了电子抽取寿命,促进了界面电子转移。基于AH改性的优点,AH修饰的PSCs具有更高的PCE和更小的迟滞效应。

English

    1. [1]

      Meng, X.; Xing, Z.; Hu, X.; Huang, Z.; Hu, T.; Tan, L.; Li, F.; Chen, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59 (38), 16602. doi: 10.1002/anie.202003813

    2. [2]

      Wu, Y.; Chen, W.; Chen, G.; Liu, L.; He, Z.; Liu, R. Nanomaterials 2018, 8 (6), 356. doi: 10.3390/nano8060356

    3. [3]

      Xiao, X.; Hu, J.; Tang, S.; Yan, K.; Gao, B.; Chen, H.; Zou, D. Adv. Mater. Technol. 2020, 5 (6), 1900914. doi: 10.1002/admt.201900914

    4. [4]

      Li, Y.; Ji, L.; Liu, R.; Zhang, C.; Mak, C.; Zou, X.; Shen, H.; Leu, S.; Hsu, H. J. Mater. Chem. A. 2018, 6 (27), 12842. doi: 10.1039/c8ta04120b

    5. [5]

      Kim, H.; Lee, C.; Im, J.; Lee, K.; Moehl, T.; Marchioro, A.; Moon, S.; Humphry-Baker, R.; Yum, J.; Moser, J.; Grätzel, M.; Park, N. Sci. Rep. 2012, 2, 591. doi: 10.1038/srep00591

    6. [6]

      Certified best cell efficiency from NREL. https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/best-research-cell-efficiencies-rev230819.pdf (accessed: December 2023).

    7. [7]

      Liu, B.; Wang, Y.; Wu, Y.; Dong, B.; Song, H. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 140, 33. doi: 10.1016/j.jmst.2022.06.055

    8. [8]

      林飞宇, 杨英, 朱从潭, 陈甜, 马书鹏, 罗媛, 朱刘, 郭学益. 物理化学学报, 2022, 38 (4), 2005007. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005007Lin, F.; Yang, Y.; Zhu, C.; Chen, T.; Ma, S.; Luo, Y.; Zhu, L.; Guo, X. Acta Phys.-Chim. Sin. 2022, 38 (4), 2005007. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005007

    9. [9]

      Li, M.; Begum, R.; Fu, J.; Xu, Q.; Koh, T.; Veldhuis, S.; Grätzel, M.; Mathews, N.; Mhaisalkar, S.; Sum, T. Nat. Commun. 2018, 9, 4197. doi: 10.1038/s41467-018-06596-1

    10. [10]

      Wang, K.; Olthof, S.; Subhani, W.; Jiang, X.; Cao, Y.; Duan, L.; Wang, H.; Du, M.; Liu, S. Nano Energy 2020, 68, 104289. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.104289

    11. [11]

      葛杨, 牟许霖, 卢岳, 隋曼龄. 物理化学学报, 2020, 36 (8), 1905039. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905039Ge, Y.; Mu, X.; Lu, Y.; Sui, M. Acta Phys.-Chim. Sin. 2020, 36 (8), 1905039. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905039

    12. [12]

      Liu, Y.; Akin, S.; Hinderhofer, A.; Eickemeyer, F.; Zhu, H.; Seo, J.; Zhang, J.; Schreiber, F.; Zhang, H.; Zakeeruddin, S.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59 (36), 15688. doi: 10.1002/anie.202005211

    13. [13]

      卢岳, 葛杨, 隋曼龄. 物理化学学报, 2022, 38 (5), 2007088. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007088Lu, Y.; Ge, Y.; Sui, M. Acta Phys.-Chim. Sin. 2022, 38 (5), 2007088. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007088

    14. [14]

      De Bastiani, M.; Aydin, E.; Allen, T.; Walter, D.; Fell, A.; Peng, J.; Gasparini, N.; Troughton, J.; Baran, D.; Weber, K.; et al. Adv. Electron. Mater. 2019, 5 (1), 1800500. doi: 10.1002/aelm.201800500

    15. [15]

      Cao, Z.; Li, C.; Deng, X.; Wang, S.; Yuan, Y.; Chen, Y.; Wang, Z.; Liu, Y.; Ding, L.; Hao, F. J. Mater. Chem. A 2020, 8 (38), 19768. doi: 10.1039/d0ta07282f

    16. [16]

      Chen, B.; Rao, H.; Li, W.; Xu, Y.; Chen, H.; Kuang, D.; Su, C. J. Mater. Chem. A 2016, 4 (15), 5647. doi: 10.1039/c6ta00989a

    17. [17]

      Giordano, F.; Abate, A.; Baena, J.; Saliba, M.; Matsui, T.; Im, S.; Zakeeruddin, S.; Nazeeruddin, M.; Hagfeldt, A.; Graetzel, M. Nat. Commun. 2016, 7, 10379. doi: 10.1038/ncomms10379

    18. [18]

      Kumar, M.; Yantara, N.; Dharani, S.; Graetzel, M.; Mhaisalkar, S.; Boix, P.; Mathews, N. Chem. Commun. 2013, 49 (94), 11089. doi: 10.1039/c3cc46534a

    19. [19]

      Zhang, J.; Juárez-Pérez, E.; Mora-Seró, I.; Viana, B.; Pauporté, T. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (9), 4909. doi: 10.1039/c4ta06416j

    20. [20]

      Ke, W.; Fang, G.; Liu, Q.; Xiong, L.; Qin, P.; Tao, H.; Wang, J.; Lei, H.; Li, B.; Wan, J.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137 (21), 6730. doi: 10.1021/jacs.5b01994

    21. [21]

      Yang, G.; Lei, H.; Tao, H.; Zheng, X.; Ma, J.; Liu, Q.; Ke, W.; Chen, Z.; Xiong, L.; Qin, P.; et al. Small 2017, 13 (2), 1601769. doi: 10.1002/smll.201601769

    22. [22]

      Altinkaya, C.; Aydin, E.; Ugur, E.; Isikgor, F.; Subbiah, A.; De Bastiani, M.; Liu, J.; Babayigit, A.; Allen, T.; Laquai, F.; et al. Adv. Mater. 2021, 33 (15), 2005504. doi: 10.1002/adma.202005504

    23. [23]

      Gao, W.; Chen, C.; Ran, C.; Zheng, H.; Dong, H.; Xia, Y.; Chen, Y.; Huang, W. Adv. Funct. Mater. 2020, 30 (34), 2000794. doi: 10.1002/adfm.202000794

    24. [24]

      Parida, B.; Yoon, S.; Jeong, S.; Cho, J.; Kim, J.; Kang, D. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2020, 204, 110212. doi: 10.1016/j.solmat.2019.110212

    25. [25]

      Zhang, J.; Wang, L.; Jiang, C.; Cheng, B.; Chen, T.; Yu, J. Adv. Sci. 2021, 8 (21), 2102648. doi: 10.1002/advs.202102648

    26. [26]

      Kim, M.; Jeong, J.; Lu, H.; Lee, T.; Eickemeyer, F.; Liu, Y.; Choi, I.; Choi, S.; Jo, Y.; Kim, H.; et al. Science 2022, 375 (6578), 302. doi: 10.1126/science.abh1885

    27. [27]

      Ge, Y.; Ye, F.; Xiao, M.; Wang, H.; Wang, C.; Liang, J.; Hu, X.; Guan, H.; Cui, H.; Ke, W.; Tao, C.; Fang, G. Adv. Energy Mater. 2022, 12 (19), 2200361. doi: 10.1002/aenm.202200361

    28. [28]

      Yi, H.; Wang, D.; Mahmud, M.; Haque, F.; Upama, M.; Xu, C.; Duan, L.; Uddin, A. ACS Appl. Energy Mater. 2018, 1 (11), 6027. doi: 10.1021/acsaem.8b01076

    29. [29]

      Rui, Y.; Li, T.; Li, B.; Wang, Y.; Müller-Buschbaum, P. J. Mater. Chem. C 2022, 10 (34), 12392. doi: 10.1039/d2tc02452g

    30. [30]

      Zhou, C.; Lin, H.; Tian, Y.; Yuan, Z.; Clark, R.; Chen, B.; van de Burgt, L.; Wang, J.; Zhou, Y.; Hanson, K.; et al. Chem. Sci. 2018, 9 (3), 586. doi: 10.1039/c7sc04539e

    31. [31]

      Song, G.; Li, M.; Yang, Y.; Liang, F.; Huang, Q.; Liu, X.; Gong, P.; Xia, Z.; Lin, Z. J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11 (5), 1808. doi: 10.1021/acs.jpclett.0c00096

    32. [32]

      Li, Z.; Zhang, C.; Li, B.; Lin, C.; Li, Y.; Wang, L.; Xie, R. Chem. Eng. J. 2021, 420, 129740. doi: 10.1016/j.cej.2021.129740

    33. [33]

      Li, Z.; Li, Q.; Cao, M.; Zhou, L.; Zhao, X.; Gong, X. J. Phys. Chem. C 2023, 127 (19), 9354. doi: 10.1021/acs.jpcc.3c01455

    34. [34]

      Aydin, E.; De Bastiani, M.; De Wolf, S. Adv. Mater. 2019, 31 (25), 1900428. doi: 10.1002/adma.201900428

    35. [35]

      Zhang, J.; Meng, Z.; Guo, D.; Zou, H.; Yu, J.; Fan, K. Appl. Surf. Sci. 2018, 430, 531. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.07.238

    36. [36]

      查吴送, 张连萍, 文龙, 康嘉晨, 骆群, 陈沁, 杨上峰, 马昌期. 物理化学学报, 2022, 38 (3), 2003022. doi: 10.3866/PKU.WHXB202003022Zha, W.; Zhang, L.; Wen, L.; Kang, J.; Luo, Q.; Chen, Q.; Yang, S.; Ma, C. Acta Phys.-Chim. Sin. 2022, 38 (3), 2003022. doi: 10.3866/PKU.WHXB202003022

    37. [37]

      Li, Y.; Wu, H.; Qi, W.; Zhou, X.; Li, J.; Cheng, J.; Zhao, Y.; Li, Y.; Zhang, X. Nano Energy 2020, 77, 105237. doi: 10.1016/j.nanoen.2020.105237

    38. [38]

      Baek, D.; Park, G.; Cha, J.; Na, H.; Ham, D.; Kim, M. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 165, 161. doi: 10.1016/j.jmst.2023.04.065

    39. [39]

      Li, W.; Cheng, B.; Xiao, P.; Chen, T.; Zhang, J.; Yu, J. Small 2022, 18 (49), 2205097. doi: 10.1002/smll.202205097

    40. [40]

      Zhang, J.; Li, X.; Wang, L.; Yu, J.; Wageh, S.; Al-Ghamdi, A. Appl. Surf. Sci. 2021, 564, 150464. doi: 10.1016/j.apsusc.2021.150464

    41. [41]

      Shi, J.; Li, Y.; Li, Y.; Li, D.; Luo, Y.; Wu, H.; Meng, Q. Joule 2018, 2 (5), 879. doi: 10.1016/j.joule.2018.04.010

    42. [42]

      Wang, L.; McCleese, C.; Kovalsky, A.; Zhao, Y.; Burda, C. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (35), 12205. doi: 10.1021/ja504632z

    43. [43]

      Sum, T.; Mathews, N.; Xing, G.; Lim, S.; Chong, W.; Giovanni, D.; Dewi, H. Acc. Chem. Res. 2016, 49 (2), 294. doi: 10.1021/acs.accounts.5b00433

    44. [44]

      Qiao, L.; Fang, W.; Long, R.; Prezhdo, O. J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11 (17), 7066. doi: 10.1021/acs.jpclett.0c01687

    45. [45]

      Peng, J.; Chen, Y.; Zheng, K.; Pullerits, T.; Liang, Z. Chem. Soc. Rev. 2017, 46 (19), 5714. doi: 10.1039/c6cs00942e

    46. [46]

      Wageh, S.; Al-Ghamdi, A.; 赵丽. 物理化学学报, 2022, 38 (7), 2111009. doi: 10.3866/PKU.WHXB202111009Wageh, S.; Al-Ghamdi, A.; Zhao, L. Acta Phys.-Chim. Sin. 2022, 38 (7), 2111009. doi: 10.3866/PKU.WHXB202111009

    47. [47]

      Xing, G.; Mathews, N.; Sun, S.; Lim, S.; Lam, Y.; Grätzel, M.; Mhaisalkar, S.; Sum, T. Science 2013, 342 (6156), 344. doi: 10.1126/science.1243167

    48. [48]

      Guo, Z.; Wan, Y.; Yang, M.; Snaider, J.; Zhu, K.; Huang, L. Science 2017, 356 (6333), 59. doi: 10.1126/science.aam7744

    49. [49]

      Ye, X.; Cai, H.; Su, J.; Yang, J.; Ni, J.; Li, J.; Zhang, J. J. Mater. Sci. Technol. 2021, 61, 213. doi: 10.1016/j.jmst.2020.05.029

    50. [50]

      Zhang, J.; Tong, T.; Zhang, L.; Li, X.; Zou, H.; Yu, J. ACS Sustain. Chem. Eng. 2018, 6 (7), 8631. doi: 10.1021/acssuschemeng.8b00938

    51. [51]

      Zhang, J.; Fan, J.; Cheng, B.; Yu, J.; Ho, W. Solar RRL 2020, 4 (11), 2000502. doi: 10.1002/solr.202000502

    52. [52]

      Noh, Y.; Jin, I.; Park, S.; Jung, J. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 42, 38. doi: 10.1016/j.jmst.2019.11.008

    53. [53]

      Li, Y.; Ding, B.; Yang, G.; Li, C.; Li, C. J. Mater. Sci. Technol. 2018, 34 (8), 1405. doi: 10.1016/j.jmst.2017.11.003

    54. [54]

      Li, T.; Rui, Y.; Wang, X.; Shi, J.; Wang, Y.; Yang, J.; Zhang, Q. ACS Appl. Energy Mater. 2021, 4 (7), 7002. doi: 10.1021/acsaem.1c01055

    55. [55]

      杨帅, 徐瑜歆, 郝子坤, 秦胜建, 张润鹏, 韩钰, 杜利伟, 朱紫洢, 杜安宁, 陈欣, 等. 物理化学学报, 2023, 39 (5), 2211025. doi: 10.3866/PKU.WHXB202211025Yang, S.; Xu, Y.; Hao, Z.; Qin, S.; Zhang, R.; Han, Y.; Du, L.; Zhu, Z.; Du, A.; Chen, X.; et al. Acta Phys.-Chim. Sin. 2023, 39 (5), 2211025. doi: 10.3866/PKU.WHXB202211025

    56. [56]

      Son, D.; Kim, S.; Seo, J.; Lee, S.; Shin, H.; Lee, D.; Park, N. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140 (4), 1358. doi: 10.1021/jacs.7b10430

    57. [57]

      Ma, W.; Zhang, X.; Xu, Z.; Guo, H.; Lu, G.; Meng, S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12 (10), 12275. doi: 10.1021/acsami.9b20988

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  3
  • 文章访问数:  335
  • HTML全文浏览量:  78
文章相关
  • 发布日期:  2024-11-15
  • 收稿日期:  2024-02-05
  • 接受日期:  2024-02-28
  • 修回日期:  2024-02-28
  • 网络出版日期:  2024-03-04
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章