JACS: CsPbBr3团簇辅助构建高效稳定的FAPbI3基钙钛矿太阳能电池

发布时间: 2019-11-28 点击数量:



第一作者:谢立强

通讯作者:魏展画

第一单位:华侨大学

研究亮点:

1. CsPbBr3团簇辅助钙钛矿结晶,降低α-FAPbI3的形成势垒,仅需1%-6%的溴掺杂即可制备高质量、无MA的CsPbBr3-FA钙钛矿。

2. 优化后的钙钛矿太阳能电池的短路电流密度达到24.52 mA/cm2,光电转换效率达到21.78%,且在1个太阳照射下、最大功率点跟踪测试1000小时后仍能保持82%的初始效率。

基于FAPbI3的钙钛矿太阳能电池

基于甲脒碘化铅(FAPbI3)的钙钛矿具有合适的禁带宽度、较宽的光谱响应范围和优异的热稳定性,有望用于制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池。然而,FAPbI3往往需要较高含量的溴掺杂(通常高于17%)或阳离子掺杂来稳定其光活性的钙钛矿相(α相,黑色),并抑制其向非钙钛矿相(δ相,黄色)转变。这种掺杂虽然提高了钙钛矿的相稳定性,但又会反过来降低其光谱响应范围,牺牲电流输出。

成果简介

本工作报道了一种基于CsPbBr3簇诱导的、自下而上的钙钛矿结晶方式,能够制备出具有纯α相、高质量、低缺陷浓度、的无甲胺阳离子的FAPbI3钙钛矿薄膜。研究者发现,预合成的CsPbBr3粉末能在钙钛矿前驱液中形成纳米尺度的团簇,这些团簇在钙钛矿中间体的形成过程中能作为晶种辅助钙钛矿膜的生长,并在后续的退火处理中被除去(图a)。采用这种制备策略,仅需1%-6%的CsPbBr3就能实现高质量、FAPbI3钙钛矿的制备,从而使得电池的短路电流密度达到24.52mA/cm2,光电转换效率达到21.78%(图b)。更重要的是,优化后的钙钛矿太阳能电池能在工作条件下(100 mW/cm2光照、最大功率点跟踪)测试1000小时后,仍保持82%的初始效率(图c)。



图1. (a) CsPbBr3-FA钙钛矿膜的生长过程示意图, (b)钙钛矿电池的J-V曲线和性能参数,(c) 钙钛矿电池的工况稳定性。

小结

总而言之,本工作提出了一种新的通过调控钙钛矿前驱体化学组成来制备高效率、高稳定性钙钛矿电池的方法,制备高效率、高工况稳定性的钙钛矿太阳能电池。后续有望通过优化钙钛矿/电荷传输层界面,进一步提高钙钛矿电池的效率和稳定性。

参考文献

L. Xie, K. Lin, J. Lu, W. Feng, P.Song, C. Yan, K. Liu, L. Shen, C. Tian and Z. Wei,Efficient andstable low-bandgap perovskite solar cells enabled by CsPbBr3-clusterassisted bottom-up crystallization approach. J. Am. Chem. Soc., 2019,

DOI: 10.1021/jacs.9b11546.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11546