研究多層薄膜光電轉換體系的AFM新方法

《研究多層薄膜光電轉換體系的AFM新方法》是依託廈門大學，由毛秉偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：研究多層薄膜光電轉換體系的AFM新方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：毛秉偉
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

固-固界面廣泛存在於眾多的能源器件中並對器件性能產生重要影響。然而，目前研究固-固界面結構和性質的方法匱乏，影響了對界面過程基本問題的理解。本項目提出和建立一種動態構建和研究固-固系統的原子力顯微鏡（AFM）新方法，將AFM從表面分析技術拓展為具有固-固界面研究能力的表征方法。 運用所建立的固-固界面AFM新方法，針對薄層光電轉換體系（如鉛基有機-金屬雜化鈣鈦礦型太陽能電池）的機理、穩定性和材料拓展等基本問題，通過構建材料和界面構型確定的固-固系統，研究影響材料內部和界面的電荷分離、傳輸和收集過程的關鍵因素，並建立材料與界面篩選的簡便方法。 進一步嘗試固-固界面AFM與光譜的聯用，研究界面的結構與性能的關係。本項目研究工作對於發展固-固界面方法學並揭示薄膜光電轉換體系一些基本問題有著重要的實際意義。

結題摘要

本項目發展了AFM用於太陽能電池界面和電池的方法學，研究固-固界面相互作用、晶界效應和鈣鈦礦過量組份的影響規律；探索了新一代高效、穩定的鈣鈦礦單晶製備，鈣鈦礦有機-無機相互作用及鈣鈦礦-電子傳輸層界面對滯後效應的影響。 1、 建立AFM探針輔助及電位調製策略研究鈣鈦礦電池的方法學 （1）對偏壓或光強加以調製，提高光電流回響的靈敏性以及延遲性。 研究表明， MAPbI3電流較小的晶界處相位變化更為明顯，即I-V遲滯更為嚴重，是影響電池性能的不利因素。（2） 通過AFM探針修飾，原位構建 AFM Au-分子修飾層/鈣鈦礦/TiO2/FTO 微區鈣鈦礦太陽能電池，苯基共軛小分子修飾層不僅起到空穴傳輸的作用而且有效地抑制界面處載流子的複合，顯著提升鈣鈦礦微區電池的填充因子和開路電壓，有望發展為快速篩選和發現空穴傳輸分子的方法。2、鈣鈦礦過量組份與晶界效應研究. 以(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15為基礎組成，運用導電AFM 和KPFM研究了PbI2、CsI、FAI、MAI和無過量組份下的鈣鈦礦層的晶界效應，晶界電流強弱與過量組份有關，可呈現出截然不同的偏壓極性依賴性和晶界和晶面電流此消彼長的現象，後者可能是導致電池PCE降低的原因之一。 研究工作將為發展具有極致器件效率的鈣鈦礦結構和取向提供依據。3.鈣鈦礦-電子傳輸層界面對滯後效應的影響研究. 運用交流阻抗譜研究鈣鈦礦與TiO2電子傳輸層界面的電阻和電容。與旋塗法相比，用ALD方法可以獲得超薄且均一的緻密層，具有較小的界面電容和大的複合電阻，因而能有效的減少界面電荷積累，展現出很小的滯後效應。拉曼光譜研究揭示–NH3+的受限C3轉動與電池的I–V遲滯效應無關，鈣鈦礦內部的N+–H…X氫鍵相互作用越強越有利於材料穩定性改善。 4、二元、三元混合陽離子、混合鹵素鈣鈦礦單晶的製備和相穩定性研究. 製備(FAPbI3)1−x(MAPbBr3)x 和(FAPbI3)1-x-y(MAPbBr3)y(CsPbBr3)x 二元、三元混合陽離子、混合鹵素鈣鈦礦單晶，用以研究銫離子和溴離子對鈣鈦礦長期穩定性的影響，獲得並高度穩定瞬態螢光壽命長達16 微秒的新鈣鈦礦組分：(FAPbI3)0.9(CsPbBr3)0.05(MAPbBr3)0.05，有望成為新一代高效率且長期穩定的鈣鈦礦太陽能電池新組分。