钙钛矿太阳能电池最新Science: Eu3+-Eu2+离子使Pb-I钙钛矿太阳能电池具有操作耐久性

【引言】

设备寿命和功率转换效率（PCE）是决定太阳能电池产生的最终成本的关键因素。钙钛矿太阳能电池（PSC）的PCE在过去几年内迅速达到23.7％，与多晶硅和Cu（In, Ga）Se2太阳能电池相当。但钙钛矿太阳能电池在运行条件下设备稳定性差，使得钙钛矿光伏电池在商业应用中受到了很大的限制。通常，商业太阳能电池的寿命为20至25年，PCE下降不到10％，相当于每年平均降解率约为0.5％。与那些无机光伏材料（例如硅（IV族）和CIGS（I-III-VI族））相比，元素或组分在有机-无机卤化物钙钛矿材料中大多数是十分极化的，例如I^-，甲基铵（MA⁺）和Pb²⁺。它们容易构建一种易于变形的软晶格，易受各种老化应力的影响，如氧气，湿气和紫外线（UV），可以通过封装，界面改性和UV过滤等方法延长器件寿命。

【成果简介】

北京大学的严纯华，周欢萍和孙聆东（共同通讯作者）等人合作发表文章。作者发现，铕离子对Eu³⁺-Eu²⁺可充当“氧化还原穿梭”，其在周期性的转变中同时氧化Pb⁰并还原I⁰。所制备的器件实现了21.52％的功率转换效率（PCE），并且具有显着改善的长期耐久性。在最大功率点跟踪500小时后，这些装置在1-sun连续照明下保持92％和89％的峰值PCE，或者在85℃下加热1500小时和91％的原始稳定PCE。2019年1月18日，该成果以题为”A Eu³⁺-Eu²⁺ ion redox shuttle imparts operational durability to Pb-I perovskite solar cells”发表在Science上。

【图文导读】

Figure 1.Eu³⁺-Eu²⁺离子对在溶液态和薄膜态增加Pb⁰和I⁰到Pb²⁺和I^-的转化率

Figure 2.掺入1% M(acac)₃ (M= Eu³⁺, Y³⁺, Fe³⁺)的钙钛矿薄膜的高分辨XPS谱

Figure 3.Eu³⁺掺杂钙钛矿薄膜的形貌，取向，电子结构，载流子行为以及DFT计算结果

图4.钙钛矿太阳能电池的长期稳定性和原始性能演变

A Eu³⁺-Eu²⁺ ion redox shuttle imparts operational durability to Pb-I perovskite solar cells (Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aau5701)

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