Nano Energy:双掺杂策略提高平板钙钛矿太阳电池的稳定性
【引言】
有机-无机杂化钙钛矿太阳电池作为一项有前景的技术已经受到广泛关注。其能量转化效率已经从3.8%提高到22.1%。然而，较差的稳定性阻碍了电池的广泛应用。钙钛矿薄膜的品质对太阳电池的效率和稳定性有关键的影响。掺杂有机小分子调节钙钛矿薄膜的结晶动力学，优化其形貌和抑制缺陷态的形成已经被广泛使用。另一方面，掺杂被广泛应用于太阳电池的空穴传输层，其中大部分掺杂剂是亲水的无机盐或者离子化合物，不利于钙钛矿电池的稳定性。疏水的有机化合物掺杂剂有利于提高钙钛矿电池的稳定性。因此，同时对钙钛矿层和空穴传输层进行双掺杂的策略是非常有前景的。
【成果简介】
近日，中科院大连化物所的李灿院士和郭鑫研究员（共同通讯作者）在Nano Energy上发表最新研究成果“Two-in-one additive-engineering strategy for improved air stability of planar perovskite solar cells”。在该文中，研究者分别将对苯醌（BQ）和2,3,5,6-四氟-7,7’,8,8’-四氰二甲基对苯醌(F4TCNQ)掺杂到钙钛矿层和空穴传输层中。这种方法既提高了钙钛矿层的品质，又提高了空穴传输层的成膜性和疏水性，从而提高了器件的稳定性。此技术制备的器件具有超过16%的效率，在空气环境中放置1400小时后还保持了95%的效率。该研究的结果为提高钙钛矿太阳电池的稳定性提供了一个思路。该论文的第一作者为大连化物所的于为博士。
【图文导读】
图1 器件制备示意图
图2 MAPbI3薄膜的结构和形貌图
（a）掺杂BQ不同比例的MAPbI3薄膜的XRD图
（b）掺杂BQ不同比例的MAPbI3薄膜的SEM图
图3空穴传输层的能级示意图和光电化学性质
（a）spiro-OMeTAD 和F4TCNQ的能级及电荷转移示意图
（b）spiro-OMeTAD膜掺杂前后的光学吸收性质
（c）空间电荷限制电流法测定空穴传输层的迁移率
图4钙钛矿电池的光伏性质
（a）器件的J-V曲线图
（b）不同薄膜的TRPL图
（c）（d）器件的稳定性变化图
图5 双掺杂器件稳定性提高分析
（a）不同掺杂的spiro-OMeTAD薄膜的AFM图（插图是相应的接触角图）
（b）BQ添加剂对MAPbI3薄膜稳定性的影响
（c）添加剂钝化机理示意图
【小结】
在这项工作中，研究者提出了一种新颖的双掺杂方法用于提高钙钛矿太阳电池的稳定性。有机小分子BQ的加入提高了钙钛矿薄膜的品质并减缓了钙钛矿膜中PbI2的形成。另外，F4TCNQ的加入增强了空穴传输层的成膜性和疏水性，从而提高了器件的稳定性。该研究为同时提高钙钛矿太阳电池的效率和稳定性提供了一个可行的方式。
文献链接： Two-in-one additive-engineering strategy for improved air stability of planar perovskite solar cells（Nano Energy，2017，doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.12.041）
本文由材料人编辑部新能源小组马永超编译整理，点我加入材料人编辑部。
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李灿院士团队介绍
郭鑫研究员
http://sourcedb.dicp.cas.cn/zw/zjrck/201507/t20150729_4405399.html
于为博士
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