Nature子刊:长载流子寿命低价带混合锡铅碘化钙钛矿用于全钙钛矿串联太阳能电池

【引言】

在近几年，有机无机金属卤化钙钛矿作为一种极具发展前景的光伏材料得到了全球研究人员的密切关注，经过这些年的发展，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从最初的3.8%跃升至现如今的22.1%。若要想进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率，研究人员曾提出一种理念，就是将单节太阳能电池变成串联太阳能电池，这种太阳能电池是顶端的宽价带电池和底端的底价带电池串联而成。铅和锡卤化钙钛矿电池具有优异的价带可调性，非常适合应用于串联太阳能电池中。

【成果简介】

近日，美国托莱多大学Dewei Zhao教授和鄢炎发教授(共同通讯作者)在Nature Energy上发表了一篇题为“Low-bandgap mixed tin–lead iodide perovskite absorbers with long carrier lifetimes for all-perovskite tandem solar cells”的文章。文中，研究人员报道了一种高效混合铅锡碘化钙钛矿太阳能电池，该电池价带约为1.25 eV，开路电压高至0.85 V，在700 nm至900 nm的红外波段外量子效率超过70%，短路电流密度超过29 mA/cm²。研究人员所制成的最佳性能电池效率最大可达17.6%，认证效率为17.01%，回滞效应可忽略不计。当顶端钙钛矿电池价带约为1.58 eV时，所制成的4串联太阳能电池稳态效率最高为21.0%。

[致歉：很抱歉，小编未能找到通讯作者Dewei Zhao确切的中文名，在此表示诚挚的歉意！]

【图文导读】

图1.电池器件结构示意图及性能

(a)(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4钙钛矿太阳能电池的横截面SEM图，钙钛矿吸收层厚度为620 nm

(b)电池正反扫J-V曲线

(c)EQE谱图和集成短路电流密度

(d)最佳性能电池的稳态光电流和PCE

(e)电池PCE直方图

图2.(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4钙钛矿薄膜表征

(a-d)(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4钙钛矿薄膜SEM顶视图，膜厚度分别为400 nm、510 nm、620 nm和1010 nm

(e-h)(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4钙钛矿薄膜SEM横截面图，膜厚度分别为400 nm、510 nm、620 nm和1010 nm

(i)不同厚度(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4钙钛矿薄膜的吸收光谱

(j)不同厚度(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4钙钛矿薄膜的XRD谱图

(e)不同厚度(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4钙钛矿薄膜的标准化时间分辨光致发光衰减图

图3.(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4钙钛矿太阳能电池的EQE谱图

(a)不同电池的EQE谱图，(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4吸收层厚度分别为400 nm、510 nm、620 nm和1010 nm

(b)不同电池之间的EQE差异变化图，(FASnI₃)_0.6(MAPbI₃)_0.4吸收层厚度分别为510 nm、620 nm和1010 nm

图4.四串联钙钛矿电池特性

(a)不同价带钙钛矿电池的正反扫J-V曲线图，红色是指有光学滤片

(b)顶端宽价带(1.58 eV)钙钛矿电池和滤片低端低价带(1.25 eV)钙钛矿电池的EQE谱图，短路电流密度分别为20.0 mA/cm²和4.8 mA/cm²

【小结】

本文报道一种高效低价带钙钛矿太阳能电池，其最高效率可达17.6%，所制成的四串联钙钛矿电池效率接近21%，该工作为制造高效全钙钛矿串联电池提供了重要的实验依据。

文献链接：Low-bandgap mixed tin–lead iodide perovskite absorbers with long carrier lifetimes for all-perovskite tandem solar cells(Nature Energy, 2017, DOI: 10.1038/nenergy.2017.18)

本文由材料人新能源组 Jon 供稿，材料牛编辑整理。

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