準(zhǔn)二維 (2D) Ruddlesden-Popper 相鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 (PSC) 的發(fā)展極大地提高了器件的穩(wěn)定性。然而,二維鈣鈦礦薄膜中量子限制效應(yīng)和絕緣間隔陽(yáng)離子的存在會(huì)加寬帶隙并阻礙載流子傳輸,從而降低二維鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率。鑒于此,2021年11月23日上海交通大學(xué)陳俊超團(tuán)隊(duì)于EES刊發(fā)精細(xì)調(diào)控量子阱結(jié)構(gòu),準(zhǔn)二維Ruddlesden-Popper鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率超過20%的研究成果。通過異丙醇洗滌將量子阱反向梯度結(jié)構(gòu)引入到FA-MA混合二維鈣鈦礦薄膜中。二維鈣鈦礦(主要是 n=2 相)集中在薄膜的頂部。研究發(fā)現(xiàn)一半的間隔陽(yáng)離子被異丙醇沖走,平均n值從前體中的5發(fā)展到最終退火膜中的約18。結(jié)果,薄膜內(nèi)部的量子限制效應(yīng)減弱,外量子效率響應(yīng)波長(zhǎng)擴(kuò)展到812nm。更重要的是,該薄膜顯示出面外取向、更大的表觀晶粒尺寸 (688 nm) 和長(zhǎng)載流子壽命 (936 ns)。實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的20.12%的功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE)。未封裝的器件在30±5%的相對(duì)濕度下老化2000小時(shí)后仍保留其初始效率的98%,在最大功率點(diǎn)連續(xù)工作360 小時(shí)后仍保留初始效率的96%。量子阱的精細(xì)調(diào)控可以制備高效率和高度穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
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