JACS:稳定性超好的无机钙钛矿太阳能电池

【引言】

有机无机杂化型钙钛矿太阳能电池创造了光伏器件领域的神话，但稳定性差一直是科学工作者的挑战性难题，这主要是杂化钙钛矿层和空穴传输层的有机添加剂在潮湿条件下不稳定造成的。为了避免潮解大家都选择在手套箱中制作钙钛矿太阳能电池，未来人们需要一种耐潮湿、适应温度范围宽且价格较低廉的钙钛矿异质结和空穴传输层材料。

【成果简介】

为了解决钙钛矿太阳能电池中有机物不稳定的难题，南京大学金钟教授和美国杜克大学Jie Liu教授（共同通讯作者）课题组成功制造了一种全无机的钙钛矿太阳能电池，性能超稳定而且成本低廉，而且不需要在手套箱中操作。未封装时在90-95%的相对湿度下存放3个月性能不衰减，可以忍受-22~100℃温度范围。由于不存在价格昂贵的HTMs和贵金属电极，器件成本也大大降低。虽然第一代无机钙钛矿太阳能电池效率只能达到6.7%，但给解决钙钛矿太阳能电池稳定性难题推开了一扇希望之门。

[致歉：很抱歉，未能找到通讯作者Jie Liu的确切中文名字，小编表示诚挚的歉意！]

【图文导读】

图1.全无机钙钛矿太阳能电池模拟及表征图

1. CsPbBr₃/C基的全无机钙钛矿太阳能电池界面图，从下往上分别是FTO/C-TiO₂/m-TiO₂/CsPbBr₃/C.

2. FTO, TiO₂, CsPbBr₃, 和碳材料层的能级差异图

3. CsPbBr₃的钙钛矿晶格结构图

4. 没有碳材料层时的XRD衍射图，图中分别是CsPbBr₃、FTO、TiO₂的衍射峰

5. 可见光吸收光谱图

6. CsPbBr₃层的(Ahv)² -(hv)曲线，测得CsPbBr₃的光禁带约为2.3eV

 图2.CsPbBr₃/C基的全无机钙钛矿太阳能电池的SEM表征图

1.TiO₂和碳电极之间的钙钛矿层最薄为600nm，刮刀涂布的碳电极层最薄为900nm

2. 全无机CsPbBr₃钙钛矿层的SEM照片

3. 同时作为空穴传输和对电极的碳材料的SEM照片，碳纳米颗粒平均粒径在80nm左右

图3.全无机钙钛矿太阳能电池效率及稳定性的对比测试

1. CsPbBr₃/C基的全无机钙钛矿太阳能电池J-V曲线测试图，插图中是相应的光电参数

2. 制作的40个未封装全无机钙钛矿太阳能电池样品能量转化效率统计直方图

3. 在90-95%相对湿度下未封装全无机钙钛矿太阳能电池与有机无机杂化钙钛矿太阳能电池稳定性比较图

4. 加热到100℃条件下的稳定性比较图

5. 高湿度且温度循环变化条件下的稳定性对比图

 图4.大面积的器件性能测试

1. 1cm²的全无机钙钛矿太阳能在正向和反向扫描模式下所测得的J-V曲线

2. 外部量子效率和电流密度测量图

【展望】
在硅基太阳能电池效率大幅增长希望渺茫时，有机无机杂化的钙钛矿太阳能电池短时间内效率的迅猛增涨给人们带来新的希望，然而效率却极其不稳定。本文献报道全无机钙钛矿太阳能电池使效率稳定到可实际应用的范围，随着研究进一步深入，相信钙钛矿太阳能电池的产业化时代即将到来。

文献链接：All-Inorganic Perovskite Solar Cells （J. Am. Chem. Soc, 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b10227）

本文由材料人编辑部新能源学术组 YueZhou 供稿。点这里加入材料人的大家庭。参与新能源话题讨论请加入“材料人新能源材料交流群 422065952”，欢迎关注微信公众号，微信搜索“新能源前线”或扫码关注。

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