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通过抑制界面铁电有序性降低钙钛矿太阳能电池中的反常滞后现象

DOI：10.1021/acsami.9b20988 期刊：ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 尽管近年来有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）研究蓬勃发展，但其大规模应用仍面临诸多障碍——从不良的电流-电压迟滞效应到较差的器件稳定性。在各种可能的迟滞成因中，界面铁电性尤为引人关注且值得深入探究。本研究通过非绝热电子动力学视角，考察了MAPbI3（FAPbI3）/TiO2和MAPbI3/PCBM异质结构中的界面铁电性，并揭示其与迟滞效应的关联。研究发现：由于极性MA离子与TiO2的相互作用，MAPbI3/TiO2界面会形成铁电有序结构。外加栅极电场下MA离子的极化翻转会导致界面光电子注入与电子-空穴复合过程速率显著差异，从而引发不良迟滞效应。与之形成鲜明对比的是，通过用弱极性FA离子（偶极矩0.29德拜）替代强极性MA离子（偶极矩2.29德拜）实现界面电场消除，以及界面钝化处理，FAPbI3/TiO2和MAPbI3/PCBM界面处的铁电性受到抑制，从而维持稳定的界面电子动力学并消除迟滞现象。本研究阐明了迟滞效应的物理成因，为PSCs中迟滞问题的缓解指明了方向。
作者： Wei Ma，Xu Zhang，Zhe Xu，Haizhong Guo，Gang Lu，Sheng Meng
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研究概述 实验方案

研究目的

研究钙钛矿太阳能电池（PSCs）中界面铁电性与电流-电压迟滞现象之间的相关性，以理解和缓解迟滞效应。

研究成果

该研究得出结论：界面铁电性是基于MAPbI3的钙钛矿太阳能电池（PSCs）中迟滞现象的微观成因之一。研究表明，在钙钛矿晶格中用FA完全或部分取代MA，或在MAPbI3与TiO2之间插入PCBM，是减少界面铁电有序性导致的光电流-光电压迟滞并提升PSCs整体性能的有效方法。

研究不足

该研究承认，由于计算模型与实际体系之间存在差异，所获得的界面电子动力学时间尺度与实验结果存在显著不同。理论建模中的钙钛矿层极?。ㄔ?纳米）且具有理想几何结构，而实验中电子需迁移通过更厚的钙钛矿薄膜（约200纳米），并可能被界面缺陷捕获。

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