钙钛矿太阳能电池的界面与稳定性研究

【作者】 赵清；

【机构】 北京大学物理学院；

【摘要】 目前,一步反溶剂法制备的三元阳离子混合体系(1.6eV)钙钛矿电池效率的已经超过20%,但器件的长期不稳定性仍然是制约其发展以及后续商业化的巨大瓶颈。在持续光照、最大功率点稳态输出状态下,器件效率会呈现快速衰减。前期实验证明,在排除了水和氧气的外界影响后,器件的衰减主要来源于光照和钙钛矿薄膜中的离子迁移。在持续工作时,迁移的离子会逐渐累积在器件两端,引发相分离、界面失配、空穴传输层失效等问题。对钙钛矿多晶薄膜体系,晶界被证明是离子迁移的主要通道,所以抑制晶界和表界面的离子迁移是提升钙钛矿稳定性的一个重要切入点。以CsFAMA(1.6eV)钙钛矿成分为出发点,发现了该体系的光致相分离现象,提出了用纯无机CsPbBr3钝化CsFAMA的一步反溶剂法,实现无机CsPbBr3(壳)/CsFAMA(核)的准核壳(quasicore-shell)结构,用纯无机钙钛矿的高稳定性来保护内层的混合阳离子钙钛矿,实现了CsFAMA的高效率与CsPbBr3高稳定性的结合。通过在配置好的CsFAMA前驱体中加入CsPbBr3胶体溶液,使得钙钛矿薄膜退火成核过程中形成了CsPbBr3团簇。通过CsPbBr3团簇体的引入,有效地实现了对本体CsFAMA表界面离子迁移的抑制,钝化了缺陷态,增大了载流子的复合寿命。基于此方法和结构制备得到的平面异质结型钙钛矿太阳能电池光电转换效率达到20.1%,开路电压达到1.195 V,开压损失降低到了0.42 V。器件在长时间稳定性方面表现也得到大幅提高,在AM1.5G太阳光下保持在最大功率点持续工作500小时后,仍然保持90%的初始效率。同时在65℃下,器件保持在最大功率点持续工作100小时仍能保持90%的初始效率。该工作为用无机钙钛矿在抑制离子方面提供了依据,同时也为发展"核壳"结构的钙钛矿薄膜提供了新的思路。更多还原