MC资讯｜陈义旺等人EES：上转换材料提升光电流！高效稳定钙钛矿太阳能电池

有限的太阳光谱利用率阻碍了钙钛矿太阳能电池（PVSC）性能的进一步改善。上转换（UC）过程将PVSC的光谱吸收范围从可见光扩展到近红外（NIR）范围，并使子带隙光子传输损耗最小化。来自红荧烯（Rub）和二苯并四苯基过环蒽（DBP）的钙钛矿敏化三重态-三重态淬灭（TTA）在UC应用中显示出巨大潜力。南昌大学Licheng Tan 和陈义旺等人首先将TTA UC机制引入PVSC中，以将NIR光子转换为可见光子，从而促进光电流的明显改善。

得益于TTA UC效应和具有钙钛矿的Rub：DBP UC层的能带匹配，基于MAPbI₃的PVSC获得20.18％的效率，同时开路电压和短路电流密度显著提高。

另外，由于形成π-共轭附聚物，因此红荧烯掺杂作为钙钛矿结晶核的生长位点，可促进钙钛矿的生长。此外，基于Rub：DBP的未封装器件具有出色的水分稳定性，在空气中（湿度为50-70％，温度为25°C）存储14天后，可以保持原始效率的80％以上。

材料：氯苯（CB，无水，99.8％），二甲基亚砜（DMSO，无水，≥99.9％），N，N-二甲基甲酰胺（DMF，无水，99.8％），4叔丁基吡啶18（tBP），双（三氟甲基磺酰基）胺锂盐（Li-TFSI），红荧烯（Rub，19 99.99％）和二苯并四苯基过环蒽（DBP，98％HPLC），碘化铅（PbI2，99.999％），氧化锡（SnO2）胶体前体，甲胺碘化物（CH3NH3I，99.0％）， 2,2'，7,7'-四（N，N-二-对甲氧基苯胺）-9,9'-螺二芴（Spiro-OMeTAD），乙腈（99.9％）。

PVSC的制备和表征：钙钛矿前体溶液是通过将PbI2和CH3NH3I以1：1的摩尔比溶解在DMF / DMSO（9：1，v / v）中制备。依次通过去污剂溶液，丙酮，去离子水和异丙醇进行20分钟的超声处理来清洁氧化铟锡（ITO）玻璃基材。用氮气干燥后，将基材在等离子清洗机中处理20分钟。将SnO2溶液（将1 ml SnO2前体用3 ml去离子水稀释）以3,000 rpm的速度在ITO上旋涂30秒，然后在空气中于150°C退火30分钟。对于一步法制备钙钛矿薄膜的抗溶剂方法，将钙钛矿前体以4000 rpm的速度直接旋涂30秒到SnO2基材上，然后滴加CB（0.15 ml，加或不加Rub：DBP） 旋涂9秒后。通过将不同重量的Rub和DBP（质量比10：1）溶解在1 ml CB中来制备各种浓度的Rub：DBP溶液。然后将基材在热板上于100°C退火10分钟。对于双层结构器件的制备，将Rub：DBP溶液以4000 rpm的速度旋涂30秒到钙钛矿层上。将底物冷却至室温后，然后以4000 rpm的速度旋转涂布Spiro-OMeTAD溶液[72.3 mg Spiro-OMeTAD和17.5 µl LiTFSI溶液（520 mg·mL-1在乙腈中）和28.8 µl tBP在1 ml CB中的溶液。在S-3钙钛矿胶片上放置30秒。最后，将90 nm Ag电极蒸发到薄膜上，完成有效面积为0.04 cm2的PVSC的制备。

器件特性：使用配备有光源（100 mW·cm-2），在AM 1.5 G滤波器下的信号源计（Keithley 2400）测量电流密度-电压（J-V）特性，反向扫描范围为1.2 V至0 V，每步为20 mV。使用UV-2600分光光度计进行紫外-可见（UV-Vis）光谱。通过FLS920光谱仪记录稳态光致发光（PL）和时间分辨光致发光（TRPL）光谱。原子力显微镜（AFM）图像是通过MultiMode 8-HR（Bruker）原子力显微镜测量的。使用具有Bragg-Brentano对焦几何形状的Rigaku D / Max-B X射线衍射仪测试X射线衍射（XRD）图案。在同步加速器辐射设施（SSRF）的BL14B1光束线上进行了二维掠入射X射线衍射（2D-GIXRD）测量。在单色照明（配备有Oriel 70613NS QTH灯的Oriel Cornerstone 260 1/4 m单色仪）下测量外部量子效率（EQE）值，并使用单晶硅二极管对入射光进行校准。使用电化学工作站，在1兆赫至10兆赫兹的频率范围内，在1个阳光照射下施加的偏压等于电池的open65电路电压，对PVSC的电阻抗光谱（EIS）进行了测试。

Wangping Sheng et al. Tremendously Enhanced Photocurrent Enabled by Triplet-Triplet Annihilation Up-Conversion for High-Performance Perovskite Solar Cells，Energy Environ. Sci., 2021

https://doi.org/10.1039/D1EE00631B

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d1ee00631b#!divAbstract