《Angew》用于高效稳定钙钛矿光伏的氟化聚酰亚胺隧道层
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
文章DOI： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202402904 （点击文末“阅读原文”直达链接）
钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其高转化效率和潜在的低成本，一直以来都是人们关注的热点。然而，尽管在提高光电转换效率方面取得了显著进展，PSCs的长期稳定性问题仍然是实现商业化的一个主要障碍。钙钛矿材料的固有特性，包括在晶界和表面存在的高密度缺陷，导致了非辐射复合，这不仅降低了设备的效率，而且在长期运行中还会导致稳定性的恶化。此外，为了进一步提高效率和稳定性，需要采用有效的策略来减少电荷在界面的捕获和积累，这可以通过场效应钝化（FEP）来实现，它通过在界面引入介电材料来提高钙钛矿层的工作函数，从而改善电荷传输效率。因此，开发新的材料和技术以实现FEP，对于提高PSCs的性能和可靠性至关重要。
1. 本研究中，作者设计并合成了一种新型含氟聚酰亚胺（FPI: 6FDA-6FAPB），用作钙钛矿层和空穴传输层（HTL）之间的界面层。
2. FPI的功能基团在钝化器件内部界面缺陷中起着关键作用，由于其高工作函数，展现出作为界面层的场效应钝化能力，能够有效减少界面的非辐射复合。
3. 优化后的PSCs实现了24.61%的**光电转换效率（PCE），并表现出优异的稳定性，该结果表明FPI在提高设备性能和可靠性方面具有重要作用。
由6FDA和6FAPB制备FPI聚合物，通过核磁氢谱、氟谱以及傅里叶变换红外光谱（FTIR）进行结构表征，其合成路线及核磁氢谱如图1所示。
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图1. (a) 6FDA-6FAPB聚酰亚胺的合成路线，(b) 聚酰亚胺的核磁氢谱。
利用FTIR、XPS和KPFM技术研究了FPI与PbI2及钙钛矿膜的相互作用，发现FPI可以钝化钙钛矿表面的离子缺陷。
图2. (a) 纯FPI和含PbI2粉末FPI的FTIR谱图, (b) 对照和FPI覆盖薄膜的的Pb4f和I3d XPS图。
利用密度泛函理论（DFT）计算了FPI的前沿分子轨道，分析了FPI与钙钛矿界面的电子密度差异，以此证实了FPI的化学钝化效果。
图3. 理论计算辅助钝化分析。
4. 隧道效应研究
通过导电原子力显微镜（c-AFM）测量了钙钛矿/FPI界面的局部暗电流，发现FPI层虽然绝缘，但能够允许空穴通过隧道效应有效传输。
图4.绝缘FPI层的隧穿效应。
通过稳态和实践分辨的光致发光（PL和TRPL）测量，研究了FPI层对载流子动力学的影响。研究表明，FPI覆盖的钙钛矿膜具有更长的载流子寿命和更低的非辐射复合。
6. 器件性能
基于FPI钝化层的PSCs在标准AM 1.5G照明下PCE、Voc和FF均提高，重复性良好，迟滞现象低。
图6.器件的结构和性能。
7. 稳定性测试
在氮气和空气环境下对基于FPI的PSCs进行了长期的稳定性测试，结果表明FPI层显著提高了器件的稳定性。
图7.器件的物理性能和稳定性。
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
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