2-溴對苯二甲酸鈍化的全無機鈣鈦礦電池的性能*

林明月 巨博 李燕 陳雪蓮

(西安石油大學材料科學與工程學院, 西安 710065)

1 引 言

實現生態和諧和建設綠色地球是人們日漸重視的兩大社會問題, 這給傳統的能源供給結構帶來了挑戰.鈣鈦礦太陽能電池(perovskite solar cells,PSCs)是一種新型高效率且低成本的光伏轉換裝置, 其中有機-無機雜化PSCs已獲得超過25%的效率認證[1-4], 有望革新現有能源供給結構, 但有機陽離子易揮發、易溶解的特性使得鈣鈦礦的結構遭到破壞, 器件穩定性降低[5].而全無機PSCs因不含有機成分而呈現更優異的熱穩定性, 因此受到了廣泛關注[6-9], 但是其轉換效率仍然低于20%,所以進一步提高其轉換效率是該領域的重要研究方向之一.

制備高質量全無機鈣鈦礦薄膜是提高電池效率的關鍵.Choi等[10]在2014年首次報道了全無機PSCs, 當時電池的轉換效率僅為0.09%, 之后通過相結構和微結構的探索, Eperon等[11]和Swarnkar等[12]相繼將電池效率提高到2.9%和10.77%.但Li等[13]通過第一性原理計算發現高質量CsPbI3的生長窗口很窄, 制備過程中需要嚴格控制生長工藝, Long等[14]也進一步證實鈣鈦礦薄膜中空位的形成直接受體系熱平衡狀態的影響.此外, 研究還發現通過溶液處理過的CsPbI3薄膜表面上將出現高含量的金屬鉛簇(Pb0), 這可作為電子的陷阱態,引起鈣鈦礦/電子傳輸層界面的電子與缺陷態的嚴重復合[15], 這些結果表明僅僅通過生長工藝控制很難實現薄膜的高質量化, 所以在前驅體中加入結晶調控劑成為新的探索.Yang等[16]嘗試將氟化釓(gadolinium fluoride, GdF3)加入鈣鈦礦前驅體中……