卤族元素共掺杂钙钛矿光活性层的性能研究

【作者】 王进峰； 李猛； 朱磊； 赵宇龙；

【机构】 中国矿业大学材料科学与工程学院；

【摘要】 钙钛矿活性层是钙钛矿太阳能电池的核心,钙钛矿材料的组成、结构、形貌对其光电性能有着重要影响^[1]。本课题组前期围绕高性能钙钛矿活性层制备,采用添加剂抑制快速结晶^[2,3]、溶剂辅助成膜^[4]等手段成功得到了高质量钙钛矿活性层。然而,常用的钙钛矿光活性材料CH₃NH₃PbI₃存在稳定性差、载流子扩散长度短以及电池开路电压较低等弊端。针对这些缺陷,可采取金属阳离子、有机阳离子、卤素等替代传统材料中相应的元素或离子。最近,本课题组系统研究了Br元素在Cl、Br、I三种元素混合掺杂钙钛矿中的具体作用。掺杂少量Br元素可使钙钛矿光活性层的表面更加均匀,大幅度提高钙钛矿致密性。由于原子半径的差异,少量掺杂Br元素可使钙钛矿结构由四方晶系向立方晶系转化。PL测试结果显示,少量Br元素可优化TiO₂/钙钛矿界面,有效抑制载流子在界面的复合。最终,Br掺杂钙钛矿相应的电池器件光电转换效率显著提高,平均效率大于13.6%。同时,掺杂少量Br元素的钙钛矿电池稳定性有所提升,电池放置20天后仍能保持原有光电转换效率的90%以上。更多还原