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华东师范大学李晓冬&方俊锋ACS Energy Letters :通过限制碘策略增强钙钛矿太阳能电池的稳定性

导语:自2009年首次报道了转换效率为3.8%的钙钛矿太阳能电池(PSCs)后,PSCs已被公认为是最有前途的光伏材料,其转换效率现已超过了26%。然而,能否长久的保持稳定仍然是PSCs所面临的巨大挑战之一。


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1.前言回顾


自2009年首次报道了转换效率为3.8%的钙钛矿太阳能电池(PSCs)后,PSCs已被公认为是最有前途的光伏材料,其转换效率现已超过了26%。然而,能否长久的保持稳定仍然是PSCs所面临的巨大挑战之一。通常情况下,促使PSCs分解的一个主要因素是钙钛矿膜的自降解。研究表明,钙钛矿在光或热条件下容易降解为碘化铅(PbI2),碘化铅会进一步分解为金属铅(Pb0)和碘。由于I2的挥发性,钙钛矿倾向于加速分解。在I2扩散和挥发过程中,未分解的钙钛矿在I2暴露下也开始进行降解。此外,钙钛矿的I2也会破坏PSCs中的传输层,甚至腐蚀金属电极,最终导致器件的退化。


2.文献简介


基于此,华东师范大学物理与电子科学学院的李晓冬和方俊锋等人,受聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)锂碘电池的启发,报道了一种可以限制碘的方法,通过在钙钛矿膜中引入P2VP,从而达到提高器件稳定性的目的。P2VP可以与钙钛矿层中的碘相结合,抑制其挥发,从而抑制钙钛矿的分解和器件的降解。同时,该方法还可以抑制由于碘挥发而伴随的Pb0的缺陷。实验结果表明,由此方法制备出的PSCs不仅实现了22.97%的PCE,且具有良好的稳定性,在85℃的条件下,老化750小时后,依旧能够保持90.9%的初始效率。此外,基于P2VP的未封装器件也表现出了优异的操作稳定性,在照明条件下,在最大功率点(MPP)跟踪1000小时后,依旧保持了90.0%的初始PCE。


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图1. SEM和EDX图像

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图2. (a) 稳态光致发光PL; (b) 时间分辨的稳态光致发光TRPL

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图3. (a)倒置装置结构;(b) J-V曲线 (PL) ; (c)在最大功率点时的稳态功率输出; (d)PSCs的EQE


3.文献总结


总之,该课题组提出了一种限制碘的策略,通过在钙钛矿膜中引入P2VP来提高倒置PSCs的性能和稳定性。P2VP可以钝化钙钛矿的缺陷,使倒置PSCs的转换效率达到22.97%。更重要的是,P2VP和碘之间的强结合能力可以使I2在钙钛矿层中的挥发温度从70℃提高到120℃,从而抑制器件老化过程中钙钛矿的分解。同时,该方法还可以有效地防止,由于与I2的电极反应所可能产生的电极腐蚀,从而进一步提高器件的稳定性。此外,无论是在85℃下老化750小时后,还是在连续照明下跟踪MPP 1000小时后,具有P2VP的PSCs均能保持约90%的初始效率。相关研究成果发表于国际知名期刊《ACS Energy Letters 》,题为“Enhancing the Stability of Perovskite Solar Cells through an Iodine Confining Strategy”。


本文关键词:限制碘;转换效率;倒置钙钛矿太阳能电池;器件老化


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