高平奇教授/谢江生副教授团队Advanced Materials：冷却速率对钙钛矿薄膜体内缺陷的影响

发展光伏技术对于实现“双碳”目标具有重要的意义，符合以绿色低碳为主题的世界能源及环保发展趋势。钙钛矿太阳能电池在近十多年取得了快速发展，已成为光伏领域发展的重要方向。目前在钙钛矿电池领域，绝大部分研究集中在如何减少钙钛矿表界面缺陷以提高器件的性能和稳定性。钙钛矿体内的缺陷通常被认为和晶体质量紧密相关，因此，大部分研究聚焦通过调控钙钛矿组分、溶剂和成膜工艺提高薄膜质量。而热处理过程对于钙钛矿薄膜体内缺陷的影响一直很少被关注。

本工作首次系统研究了冷却速率对钙钛矿体内缺陷浓度的影响。基于热力学与动力学基本理论，结合原位PL和各类缺陷表征手段，揭示了钙钛矿薄膜在过快的冷却过程中会产生过饱和缺陷，并且其浓度会随着冷却速率的增加而大幅提高。通过降低冷却速率，可以有效地减少过饱和缺陷。因此，优化后的钙钛矿多晶薄膜实现了长达12.6 µs的优异载流子寿命和更好的稳定性。这项工作为多晶钙钛矿薄膜中体内缺陷的形成机制提供了基础性理解。

图1 钙钛矿薄膜中体内缺陷受冷却速率影响的理论分析。

图2 不同冷却速率下制备的钙钛矿薄膜的表征。

上述成果于2024年7月12日以“Unveiling the Effect of Cooling Rate on Grown-in Defects Concentration in Polycrystalline Perovskite Films for Solar Cells with Improved Stability”为题发表于期刊Advanced Materials (https://doi.org/10.1002/adma.202405840)。威廉希尔WilliamHill官方网站料学院2021级硕士生尹奇欣、2020级博士生陈甜为论文共同第一作者，谢江生副教授和高平奇教授为论文的共同通讯作者。上述工作得到了国家自然科学基金、深圳市基础研究项目和广东省自然科学基金面上项目的支持。