华侨大学谢立强和魏展画团队Nat. Commun.:水汽诱导快速结晶制备高效稳定钙钛矿太阳能电池

NSCD 2年前 (2022-08-25) 2462浏览

  • 【导读】

钙钛矿薄膜是钙钛矿太阳能电池的核心，其质量是决定太阳能电池性能的关键。而钙钛矿薄膜的质量对外界环境的变化极为敏感。其中，湿度对钙钛矿薄膜质量的影响是广泛且复杂的。在以往的研究中，对薄膜质量和湿度关系的讨论通常和其他因素的影响混合在一起，因此难以得出直接且有力的结论。

  • 【成果掠影】

近日，华侨大学谢丽强和魏展画团队合作发表了新的研究论文，通过对太阳能电池制备和测试的全过程中引入氮气保护，从而将水汽的作用与其他因素分离开，系统的研究了不同湿度对钙钛矿薄膜和基于钙钛矿薄膜的太阳能电池的影响。在该项研究中，作者发现适合的湿度有助于钙钛矿薄膜组分中有机离子的扩散，形成具有成分均匀分布的中间态(Cs0.05FA0.75MA0.20)Pb(I0.96Br0.04)3钙钛矿薄膜。对这种薄膜进行热处理，可以获得由高结晶度大晶粒尺寸的钙钛矿组成的缺陷密度低的薄膜。基于这种钙钛矿薄膜制备的太阳能电池无迟滞，效率接近24%，且其T80（T80：效率降至初始效率的80%所对应的时间）是参比太阳能电池的五倍以上。

相关研究文章以“Moisture-triggered fast crystallization enables efficient and stable perovskite solar cells”为题发表在Nature Communications上。

  • 【核心创新点】

通过对太阳能电池制备的全过程进行氮气保护，阐明了水汽对钙钛矿薄膜的影响。在此基础上，利用水汽有助于有机离子扩散的特点，制备了成分均匀分布的钙钛矿薄膜。

  • 【数据概览】

图1. 氮气保护下钙钛矿薄膜的制备和表征过程 ©2022 The Authors

图2. 热处理前的中间态钙钛矿薄膜（水汽处理和未处理）的光电特性 ©2022 The Authors

图3. 水汽处理对未进行热处理的湿钙钛矿薄膜形貌和结构的影响 ©2022 The Authors

图4. 水汽处理对最终钙钛矿薄膜和完整太阳能电池载流子传输的影响 ©2022 The Authors

图5. 基于目标钙钛矿薄膜和参比钙钛矿薄膜的太阳能电池的光伏表征 ©2022 The Authors

  • 【成果启示】

综上，水汽处理有助于制备成分均匀的高质量的钙钛矿薄膜，是获得高效稳定钙钛矿太阳能电池的有效手段。

文章链接：Moisture-triggered fast crystallization enables efficient and stable perovskite solar cells, Nature Communications, 2022, 13

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-32482-y

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