《有機-無機雜化鈣鈦礦材料的表面界面結構與電子學性質》是依託中山大學，由鐘定永擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：有機-無機雜化鈣鈦礦材料的表面界面結構與電子學性質
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鐘定永
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
界面是影響光電器件性能的關鍵因素。然而，當前有關有機-無機雜化鈣鈦礦材料界面結構和電子學性質的信息極為欠缺。本項目將利用掃描隧道顯微術和光電子能譜等表面分析技術，系統研究多種方法製備薄膜器件的表面界面結構和電子學性質。在原子尺度上揭示鈣鈦礦材料表面界面結構、電子學性質與器件性能的內在聯繫，理解鈣鈦礦型太陽電池中載流子界面輸運的微觀機制。在此基礎上，探索通過界面調控最佳化鈣鈦礦型太陽能電池性能的有效途徑。
結題摘要
界面是影響光電器件性能的關鍵因素。我們研究了鈣鈦礦在襯底上生長時，界面處的晶體生長情況、元素分布情況，鈣鈦礦/襯底界面處的能級匹配情況，以及鈣鈦礦表面的原子結構、表面電子學性質等信息。我們首次利用掃描隧道顯微鏡對MAPbI3薄膜在Au(111)表面的生長過程和表面結構進行了系統的研究，發現薄膜的結構和化學配比與其覆蓋度的關係，並發現兩種能發生可逆相變的表面相（Zigzag相和Dimer相）共存於MAPbI3表面。我們還利用光電子能譜技術研究在ZnO等單晶襯底上真空沉積MAPbI3和MAPbI3-xBrx薄膜的界面電子性質，獲得了MAPbI3與ZnO界面的能級對齊信息。我們發現，MAPbI3在ZnO表面生長初期形成一層富含PbI2的緩衝層，這一緩衝層形成的勢壘不利於鈣鈦礦太陽能電池中電子的傳輸。我們探究了有機-無機鈣鈦礦材料的界面結構和性質與光伏器件性能的關係。採用漂移-擴散模擬方法，研究載流子遷移率、體相載流子壽命、界面載流子複合速率對鈣鈦礦電池中J-V遲滯曲線的影響。首先，我們發現強的體相SRH複合使遲滯出現在短路電流點附近；界面載流子複合使遲滯出現在開路電壓點附近。另外，載流子遷移率降低會導致載流子導出變慢，進一步加劇以上兩者的影響，但不會影響開路電壓。其次，我們揭示了多數載流子的界面勢壘導致的J-V反遲滯現象：電池施加正（1.2 V）預置電壓將會使鈣鈦礦/電荷傳輸層界面出現多數載流子勢壘，導致電池的暗態電流降低、開路電壓降低，並出現具有飽和特徵的S形J-V曲線。我們製備了基於AZO透明電極的無電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池，通過界面調控促進電子傳輸，使短路電流明顯提升，最優效率達到13%。該項目的工作成果使我們對有機-無機鈣鈦礦材料的表面界面結構與電子學性質以及太陽能電池性能的內在關聯等有了更加深入的認識，為接下來的創新研究奠定了堅實基礎。
