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9.72%效率的高纯无机钙钛矿薄膜太阳能电池

导读: 溴化铯铅钙钛矿在湿热条件下仍然保持较高的载流子迁移率与稳定的晶体结构,因此被认为是一种极具潜力的全无机钙钛矿电池材料。

近些年,溶液法制备有机无机杂化钙钛矿受到研究者广泛的关注。传统的杂化钙钛矿电池大规模商业化进程中面临着如下挑战:1. 钙钛矿电池在湿热条件下容易导致性能衰减;2.碘离子容易从卤化铅扩散到金属电极,导致性能衰减;3.先进空穴传输材料的高成本。

溴化铯铅钙钛矿在湿热条件下仍然保持较高的载流子迁移率与稳定的晶体结构,因此被认为是一种极具潜力的全无机钙钛矿电池材料。然而,由于溶液法制备的溴化铯铅钙钛矿薄膜中总是存在多种混合相(CsBr 和Cs4PbBr6),导致了溶液法制备的全无机溴化铯铅钙钛矿太阳能电池效率低下。因此要获得高效率的溴化铯铅钙钛矿太阳能电池,首先就得解决钙钛矿薄膜中的混合相问题。

【成果简介】

近日,暨南大学唐群委教授等人在Angew 上发表了一篇名为“High-Purity Inorganic Perovskite Films for Solar Cells with 9.72% Efficiency”的文章。该研究通过多步溶液法制备出高纯无机溴化铯铅钙钛矿薄膜,电池效率高达9.72%, 并且在90%湿度,常温条件效率保持在87%,或者0湿度,80℃下效率保持90%。

【图文简介】

图1:制备流程与对应的SEM图

(a). 薄膜旋涂流程;1)FTO 2)c-TiO2 3)m-TiO2 4)PbBr2;

(b). 多步溶液法旋涂CsBr;

(c, d). 对应的全无机卤化铅薄膜的顶视SEM图,俯视SEM图;

图2:溴化铯铅薄膜的相转变

(a-b). 溴化铯铅薄膜(旋涂n次,n=1-6)在11-30°(a)和15-22°(b)范围的XRD谱峰;

(c). 不同旋涂次数对应的Cs/Pb原素比例;

(d). 溴化铯铅卤化物的晶体结构;

(e). 全无机溴化铯铅钙钛矿太阳能电池的截面SEM图;

(f). 旋涂不同次数的器件的J-V曲线(f)和IPCE曲线(g);

图3:器件性能表征

(a). 含石墨烯量子点(红线)与不含石墨烯量子点(黑线)的全无机钙钛矿太阳能电池的J-V曲线;

(b). 纯溴化铯铅薄膜与石墨烯量子点修饰后的溴化铯铅薄膜的PL谱;

(c). 两种器件的Jsc和Voc与光强的对应关系。

图4:器件性能稳定性测试

(a). 90%湿度,室温条件下,130天的效率稳定性测试;

(b).湿度为0,80摄氏度情况下,40天的的效率稳定性测试;

【小结】

研究者通过多步溶液法制备出高纯的溴化铯铅钙钛矿薄膜,用于制备的无空穴传输层的全无机钙钛矿太阳能电池7.54%的效率。然后,通过石墨烯量子点的修饰,将器件的效率提升至9.72%,并且器件的稳定性也得到较大的提升。该研究在一定程度上促进了钙钛矿的商业化进程。