Adv. Energ. Mater.综述：金属卤化物钙钛矿太阳能电池添加剂研究进展

【摘要】

添加剂广泛应用于高效、稳定、无迟滞的钙钛矿太阳能电池，在钙钛矿太阳能电池（PSC）的各种突破中发挥着重要作用。华科大梅安意副教授、韩宏伟教授等综述了用于PSC的各种添加剂，阐述了它们的作用机理及对器件性能的影响。综述了添加剂的主要作用、钙钛矿薄膜形貌的调控、甲脒和铯基钙钛矿的稳定相、PSC中能级的调整、抑制钙钛矿中的非辐射复合、消除迟滞、提高PSC的工作稳定性。文章发表在国际著名期刊Adv. Energ. Mater.上，题目为“A Review on Additives for Halide Perovskite Solar Cells”

【图文简介】

图1添加剂对前驱体胶体化学及薄膜形貌的影响

图2添加剂通过与钙钛矿和基体的相互作用来调节钙钛矿薄膜的形貌

图3添加剂诱导的中间相及其对薄膜形貌的影响

图4不同添加剂后处理对薄膜形貌和器件性能的影响

图5用各种添加剂稳定FA基钙钛矿相

图6大型阳离子添加剂稳定fa基钙钛矿相

图7用大的阳离子添加剂稳定Cs基钙钛矿相

图8添加剂对钙钛矿能级及器件性能的影响

图9用阳离子或阴离子添加剂抑制非辐射复合

图10路易斯碱和路易斯酸添加剂抑制非辐射复合

图11用I₃^-添加剂降低体缺陷密度

图12用KI或PCBM添加剂消除迟滞

图13通过疏水部分提高添加剂的水分稳定性

图14用大的阳离子添加剂抑制离子迁移，提高PSC的运行稳定性

图15用氟添加剂抑制离子迁移提高PSC的工作稳定性

图16用Eu³⁺–Eu²⁺离子对添加剂提高PSC的工作稳定性

【总结与展望】

为了获得高效、稳定、无迟滞的钙钛矿太阳电池（PSC），研究者做了大量的尝试。添加剂显示出巨大的潜力来实现这一目标，并广泛应用于PSC。综述了用于PSC的各种添加剂，总结了其作为形貌调制、相位稳定、能级调节、缺陷钝化、磁滞消除和器件稳定的作用机理。添加剂可以通过影响前驱体中的胶体尺寸、形成成核的中间产物、在基底上模板化生长、诱导晶粒尺寸粗化和抑制溶液流动来调节钙钛矿薄膜的形貌，从而获得最高的23.48%的认证效率和快速的上尺度沉积方法。添加剂通过诱导晶格氢键、调节容限因子或调节表面能等途径，对稳定FAPbI₃钙钛矿和CsPbI₃钙钛矿相具有潜在的作用。通过调节钙钛矿的能级位置，还可以通过添加添加剂来调整PSCS的能级取向以改善其性能。此外，添加剂通过晶界或表面的离子键或配位键进行配位，可以抑制非辐射复合，抑制离子迁移，保护钙钛矿不受损伤，从而提高开路电压，消除磁滞现象，显著提高操作稳定性。

虽然PSC的效率已经提高到25%以上，但进一步提高其单结电池理论Shockley-Queisser（S-Q）效率极限30%以上的效率，提高其商业应用的稳定性值得更多的尝试。形态学仍然是基础。通过制备钙钛矿前驱体固溶体制备单晶或高取向钙钛矿薄膜的添加剂辅助方法具有广阔的应用前景。一旦薄膜质量好，晶界与基体垂直，就可以开发添加剂来钝化晶界上的陷阱，防止晶界通过强键分解，从而在不牺牲一个晶粒中电荷输运能力的情况下获得更高的效率和稳定性。考虑到具有较窄禁带的钙钛矿具有较高的S-Q效率极限，稳定FA基钙钛矿的相，而不吸收蓝移，使Pb-Sn混合钙钛矿通过添加剂稳定氧化具有重要意义。此外，对于钙钛矿薄膜中残留的添加剂，深入研究其对钙钛矿能级结构和界面处能级弯曲的影响，有助于进一步阐明其对效率和磁滞的影响。

文献链接：A Review on Additives for Halide Perovskite Solar Cells, 2019, Adv. Energ. Mater., DOI: 10.1002/aenm.201902492.

本文由金也供稿!