钙钛矿太阳能电池稳定性提升策略

【作者】 赵清；

【机构】 北京大学物理学院；

【摘要】 材料机理相关研究也表明,卤素工程方法,如Br~-离子掺杂,对提高钙钛矿材料本征稳定性具有重要作用。热力学研究已经表明,FAPbI3在常温下稳定的相为黄色的非钙钛矿相(δ-相),在稍高温度(约60℃)下才会转变为钙钛矿相(α-相),而通过对FAPbI3材料中进行MA~+与Br~-掺杂,可以抑制材料中δ-相的形成,使α-相成为材料在常温下稳定的相,进而提高钙钛矿材料的热稳定性。此外,由于I~-离子的迁移活化能较低,尤其是在光照条件下,因此,在钙钛矿太阳能电池处于工作状态时,其容易在材料中迁移,进而导致器件性能下降。而通过Br~-离子替换I~-离子,可以降低材料中I~-离子含量,使离子迁移现象得到缓解,进而提高材料稳定性。课题组应用卤素工程思想,对氯化铯增强的籽晶诱导两步旋涂法进一步发展,设计出了富溴籽晶诱导两步旋涂法,并利用这一方法,保证高Cs~+离子含量的同时实现高效Br~-离子掺杂,在几乎不损失器件能量转换效率的前提下,进一步提高了器件的长时间工作稳定性。测试结果表明,器件可以获得21.5%的能量转换效率,同时,在AM1.5G持续光照下维持最大功率点输出500 h后,效率衰减在20%以内。此外,在材料机理研究方面,通过制备不同Br~-离子含量的钙钛矿薄膜与太阳能电池器件,进行了更广泛的器件性能统计以及更深入的材料离子迁移与相分离行为研究,最终确定了器件长时间工作稳定性的增强确实源自Br~-离子含量的提升。更多还原