就在我们的厨房当中！这一植物被发现可用做强抗氧化剂提升钙钛矿结晶性能

DT半导体材料 2024-11-04 18:08

【有奖直播】无线前沿新技术与测试技术峰会 如何应对供应风险和挑战，在行业竞争中赢得先机？

有机-无机混合钙钛矿材料的氧化已成为影响钙钛矿太阳能电池（PSCs）性能和稳定性的关键挑战。氧化会降低这些材料的晶体质量和整体结构质量。近日，建国大学、东京农业技术大学和 Nanoenics 的研究人员通过引入从大蒜中提取的强效抗氧化剂——大蒜素，实现了混合钙钛矿薄膜结晶度的显著提升。大蒜素在退火和老化过程中，特别是在较高温度下，有效抑制了混合钙钛矿薄膜中的缺陷形成，通过提供质子和中和自由基，大蒜素作为一种原位封装剂，有效地减少了缺陷位点，从而提升了PSCs的光电转换效率（PCE）和长期稳定性。结果显示，抗氧化剂辅助钝化将PCE从22.89%提升至24.50%，并使封装后的PSC在暴露于环境190天后仍保持约92%的初始效率。这项研究成果为抑制混合钙钛矿的氧化提供了一种有效且环保的途径，实现了PSCs在效率和耐用性上的双重提升。

重点梳理

氧化剂大蒜素（来源于大蒜）作为混合钙钛矿的原位封装剂发挥作用。
大蒜素通过质子供给和自由基清除的独特抗氧化作用，有效控制了钙钛矿的氧化。
抗氧化剂促进了电荷陷阱钝化和电荷提取，使PCE从22.89%提升至24.50%，为添加抗氧化剂的钙钛矿太阳能电池中最高值。
抗氧化剂封装的器件在暴露于环境条件下超过190天后仍保留约92%的初始PCE。抗氧化剂即使在高温和高湿度环境中也能显著提升稳定性。

图文导览

a) 基于FAPbI₃的混合钙钛矿降解机制示意图。b) FAI及使用不同溶剂从大蒜中提取的天然抗氧化剂与FAI混合后的傅里叶变换红外光谱（FTIR）。c) 对比样品和添加天然抗氧化剂的混合钙钛矿薄膜的X射线光电子能谱（XPS）N 1 s光谱。d) 用于2,2-二苯基-1-苦基肼（DPPH）测定的样品紫外-可见吸收光谱。e) 不同浓度抗氧化剂的DPPH测定结果。

a) 大蒜中大蒜素的抗氧化反应示意图。b − c) 参比样品和添加抗氧化剂的混合钙钛矿薄膜的顶视扫描电子显微镜（SEM）图像及晶粒尺寸分布直方图。d) 参比样品和添加抗氧化剂的混合钙钛矿薄膜的X射线衍射（XRD）图谱。e) 参比样品和添加抗氧化剂的混合钙钛矿用于PSCs的能带图。

a) 参比样品和添加抗氧化剂的混合钙钛矿薄膜在玻璃基板上的光致发光（PL）曲线。b) 参比样品和添加抗氧化剂的混合钙钛矿薄膜的时间分辨光致发光（TRPL）曲线。c) 参比样品和添加抗氧化剂的PSCs的空间电荷限制电流（SCLC）数据。d) 参比样品和添加抗氧化剂的PSCs的理想因子。

a) 添加抗氧化剂的PSCs的截面扫描电子显微镜（SEM）图像。b) 参比样品和添加抗氧化剂的优选PSCs的J–V曲线。c − f) 参比样品和添加抗氧化剂的PSCs各光伏参数的对比。g) 参比样品和添加抗氧化剂的PSCs的外部量子效率（EQE）。h) 使用抗氧化材料作为添加剂的PSCs的品质因数。