9.72%效率的高純無機(jī)鈣鈦礦薄膜太陽能電池

【引言】

近些年，溶液法制備有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池受到研究者廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的雜化鈣鈦礦太陽能電池大規(guī)模商業(yè)化進(jìn)程中面臨著如下挑戰(zhàn)1． 鈣鈦礦電池在濕熱條件下容易導(dǎo)致性能衰減；2．碘離子容易從鹵化鉛擴(kuò)散到金屬電極，導(dǎo)致性能衰減；3．先進(jìn)空穴傳輸材料的高成本。

溴化銫鉛鈣鈦礦在濕熱條件下仍然保持較高的載流子遷移率與穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，因此被認(rèn)為是一種極具潛力的全無機(jī)鈣鈦礦電池材料。然而，由于溶液法制備的溴化銫鉛鈣鈦礦薄膜中總是存在多種混合相（CsBr 和Cs4PbBr6），導(dǎo)致了溶液法制備的全無機(jī)溴化銫鉛鈣鈦礦太陽能電池效率低下。因此要獲得高效率的溴化銫鉛鈣鈦礦太陽能電池，首先就得解決鈣鈦礦薄膜中的混合相問題。

【成果簡介】

近日，暨南大學(xué)唐群委教授等人在Angew 上發(fā)表了一篇名為“High－Purity Inorganic Perovskite Films for Solar Cells with 9．72％ Efficiency”的文章。該研究通過多步溶液法制備出高純無機(jī)溴化銫鉛鈣鈦礦薄膜，電池效率高達(dá)9．72％， 并且在90％濕度，常溫條件效率保持在87％，或者0濕度，80℃下效率保持90％。

【圖文簡介】

圖1制備流程與對應(yīng)的SEM圖

（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）． 對應(yīng)的全無機(jī)鹵化鉛薄膜的頂視SEM圖，俯視SEM圖；

圖2溴化銫鉛薄膜的相轉(zhuǎn)變

（a－b）． 溴化銫鉛薄膜（旋涂n次，n＝1－6）在11－30°（a）和15－22°（b）范圍的XRD譜峰；

（c）． 不同旋涂次數(shù)對應(yīng)的Cs／Pb原素比例；

（d）． 溴化銫鉛鹵化物的晶體結(jié)構(gòu)；

（e）． 全無機(jī)溴化銫鉛鈣鈦礦太陽能電池的截面SEM圖；

（f）． 旋涂不同次數(shù)的器件的J－V曲線（f）和IPCE曲線（g）；

圖3器件性能表征

（a）． 含石墨烯量子點(diǎn)（紅線）與不含石墨烯量子點(diǎn)（黑線）的全無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的J－V曲線；

（b）． 純溴化銫鉛薄膜與石墨烯量子點(diǎn)修飾后的溴化銫鉛薄膜的PL譜；

（c）． 兩種器件的Jsc和Voc與光強(qiáng)的對應(yīng)關(guān)系。

圖4器件性能穩(wěn)定性測試

（a）． 90％濕度，室溫條件下，130天的效率穩(wěn)定性測試；

（b）．濕度為0，80攝氏度情況下，40天的的效率穩(wěn)定性測試；

【小結(jié)】

研究者通過多步溶液法制備出高純的溴化銫鉛鈣鈦礦薄膜，用于制備的無空穴傳輸層的全無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池7．54％的效率。然后，通過石墨烯量子點(diǎn)的修飾，將器件的效率提升至9．72％，并且器件的穩(wěn)定性也得到較大的提升。該研究在一定程度上促進(jìn)了鈣鈦礦的商業(yè)化進(jìn)程。