钙钛矿太阳能电池在运行过程中的微观退化机理探究

【作者】 周欢萍； 李能旭； 牛秀秀； 李亮； 宰华超； 黄子健； 刘慧芬； 李凯琳；

【机构】 北京大学；

【摘要】 钙钛矿吸光层在各种老化条件下（尤其是在运行过程中）所体现出的不稳定性是制约其商业化应用的最大障碍。因此对器件运行过程中材料不稳定性来源的进一步了解对提升钙钛矿太阳能电池的运行稳定性有重要的指导意义。我们系统监测了FACs体系(FA_xCs_1-x PbI₃)钙钛矿太阳能电池在不同老化条件下的性能衰退过程,发现在常温避光或85℃避光加热条件下器件展现出良好的稳定性,但在开压点以及最大功率点光照的运行条件下性能衰退十分严重。进一步我们通过空间分辨的稳态荧光图谱以及同步辐射纳米探针X射线荧光从微观尺度上发现钙钛矿薄膜在光照运行的老化条件下出现了相分离现象（即分离为富FA相和富Cs相）,并通过原位X射线束感应电流（XBIC）证明了这些富Cs相具有一定的绝缘性质,从而大大影响了载流子在钙钛矿体相内的传输。理论计算表明光照产生的载流子改变了杂化钙钛矿的热力学状态,使得FA和Cs的混溶比例相比于暗态进一步降低,因此提供了相分离的热力学驱动力。另外光照能够使离子加快扩散,这也为相分离提供了必要的动力学诱因。该实验结论以及相应的理论模型有望为今后延长器件寿命而进行的材料设计和加工提供有力的指导。更多还原