钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cell)具有制备工艺简单、吸收系数高、载流子迁移率高等优越的光电子性能,是目前最有发展前途的光伏电池技术之一。近年来,研究者们致力于通过组分工程、界面工程和器件结构优化来提高器件性能,使功率转换效率(PCE)从3.8%快速增长到25.2%,稳定性也得到很大的改善。众所周知,合理的缺陷钝化是提高钙钛矿器件性能的有效措施,但已报道的钙钛矿薄膜的缺陷钝化方式大都是对于薄膜表面缺陷的钝化。因此,目前仍缺少一种有效的策略,可以同时减少钙钛矿薄膜的表面和内部的缺陷。
近来,华侨大学魏展画教授课题组指出,在钙钛矿太阳能电池器件的制备过程中,对匿埋在钙钛矿薄膜体相的缺陷进行钝化处理具有挑战性,常规的薄膜后处理钝化方法(如热蒸镀法等)不能达到深层缺陷钝化。为解决这一问题,该组使用动态旋涂CsBr/Methanol溶液以处理已经形成的钙钛矿薄膜。甲醇作为CsBr溶剂的同时,能够重新打开钙钛矿薄膜,使钝化剂到达薄膜深层的缺陷处,实现对钙钛矿薄膜表面和本体缺陷的同时钝化。结果显示,双钝化器件的非辐射复合受到明显抑制,同时也阻碍了电荷缺陷的迁移,从而使器件的PCE和稳定性得到很大的提高。
本文要点:
1)采用甲醇作为双功能试剂,不仅作为溶剂溶解CsBr,而且帮助溶解的Cs+和Br-穿透并到达钙钛矿薄膜的深层处。
2)这种策略实现了离子的原位交换,即Cs+和Br-取代了原始钙钛矿膜内的阳离子和卤素离子,从而有助于恢复钙钛矿膜的化学组分组成,同时实现了对钙钛矿和空穴传输层之间的能带排列的优化。研究发现,Cs+和Br-的掺入同时钝化了钙钛矿膜表面和薄膜内部的不协调态的Pb2+和阳离子空位。
3)钙钛矿膜的表面钝化和本体钝化可以促进电荷传输,提高PSCs的开路电压。此外,在1个太阳光照下,经过钝化的电池器件在最大功率点的运行稳定性显著提高(T80从90小时提高到500小时左右)。