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金属卤化物钙钛矿(MHP)的光伏性能主要归因于其高的光吸收系数,高的载流子迁移率,长的电荷扩散长度和小的Urbach能量。考虑到在大部分钙钛矿中,点缺陷一般具有较低的形成能,并且不形成深电荷陷阱。因此,早期的时候研究人员认为MHPs的缺陷耐受性在很大程度上决定了其优异的载流子传输和特殊复合性能。后来的理论研究表明,钙钛矿材料表面和晶界的结构缺陷会引起深电荷陷阱,这进一步指导了钙钛矿太阳能电池钝化技术的发展,但这只是间接推断所得出的结论。
非辐射复合过程还会导致钙钛矿太阳能电池的能量损失,这与钙钛矿中由缺陷引起的陷阱态密切相关。电荷陷阱状态还对钙钛矿太阳能电池和其他器件中的降解行为起着重要作用。因此,了解陷阱能级在空间和能量中的分布,是了解电荷陷阱对钙钛矿材料和器件中电荷传输和复合的影响的最基本要素之一。

 


黄劲松等人报道了金属卤化物钙钛矿单晶和多晶太阳能电池中陷阱的空间和能量分布的概况。研究表明,在单晶中,缺陷密度变化范围之大,相差五个数量级,最低值为2×1011 cm-3,并且大多数深陷阱位于在晶体表面。多晶膜界面所有深度的电荷陷阱密度分别比薄膜内部大1-2个数量级,并且薄膜内部的陷阱密度仍比优质单晶大23个数量级。表面钝化之后,在钙钛矿和空穴传输层的界面附近发现了最深的陷阱,这里存在大量的纳米晶体,很大程度上限制太阳能电池的效率。
研究人员模拟了带隙为1.501.47 eV的钙钛矿薄膜太阳能电池,这与FA0.92MA0.08PbI3FAPbI3的稳定组成相对应。假设这些材料具有与常规多晶MAPbI3薄膜相同的陷阱密度,则器件的PCE22.522.8%。当薄膜中的陷阱密度降低到与单晶中的陷阱密度相同时,效率可能会更高,分别增加到27.7%和28.4%。

 

 Zhenyi Ni et al. Resolving spatial and energetic distributions oftrap states in l halide perovskite solar cells, Science 2020, 367,1352-1358.http://science.sciencemag.org/content/367/6484/1352 


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