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减少卤化铅钙钛矿太阳能电池材料中的缺陷态

DOI：10.3390/app10093061 期刊：Applied Sciences 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 为了达到基于铅的金属卤化物钙钛矿太阳能电池的理论效率极限，必须提升电压，因为其受非辐射复合影响较大。钙钛矿材料中存在本征缺陷，这些缺陷可作为肖克利-里德-霍尔复合中心。多项实验与计算研究已对带隙内的此类缺陷态进行了表征。我们通过区分不同降缺陷机制，系统概述了组分工程策略。掺杂效应可分为对以下两方面的影响：(1) 结晶过程；(2) 晶格特性。掺杂离子的引入通过以下途径影响晶格特性：(a) 晶格应变弛豫；(b) 化学键增强；(c) 带隙调控。研究表明未掺杂钙钛矿的本征晶格应变会诱发空位形成，而Cl、F和Cd等较小离子的掺入会提高空位形成能。Zn掺杂被报道既能引发应变弛豫，又可增强化学键作用。结合采用密度泛函理论(DFT)计算定量定性分析不同掺杂剂降缺陷倾向的计算研究与实验研究，对于深入理解（如碘空位动力学与碘间隙原子光化学等机理）并最终建立更合理的最优光伏材料筛选方法至关重要。
作者： Rosa Brakkee，René M. Williams
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研究概述 实验方案

研究目的

理解缺陷的本质和化学特性，并通过掺杂进行成分工程以实现合理钝化，有助于提高钙钛矿太阳能电池的功率转换效率。

研究成果

该综述得出结论：钙钛矿掺杂与光伏性能提升相关，例如载流子动力学增强、光致发光改善及带隙调控，这些因素均能提高开路电压（VOC）。研究强调未来需重点探究钙钛矿掺杂与缺陷密度降低之间的关联，更具体而言，是精准调控哪些点缺陷的主导性减弱（或增强）。

研究不足

该论文强调了缺陷密度受氧气和水等外部刺激影响的动态特性，这些内容不在本综述范围内。同时指出，需要结合更系统的结构与光物理表征及DFT计算，才能充分理解组分工程背后的机制。

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