袁明鉴Joule：准二维结构稳定的高效无机钙钛矿太阳能电池

pangzi

2018年6月1日，Joule在线发表了南开大学袁明鉴研究员团队在钙钛矿太阳能电池领域的最新研究成果。该工作首次采用全新无机钙钛矿前驱液组合，并引入适量PEAX构筑稳定高效无机准二维钙钛矿太阳能电池，其最高效率达到12.4 %。论文共同第一作者为：姜源植博士和袁晋硕士，论文通讯作者为：袁明鉴研究员。

全无机钙钛矿CsPbX3

      有机无机杂化钙钛矿作为下一代高性能太阳能电池的新选择之一，引起了学术界和工业界的高度关注。但是，较差的湿热稳定性是有机无机杂化钙钛矿太阳能电池商业化进程的巨大障碍。相比而言，全无机钙钛矿，如CsPbX3 (X= Br或 I), 由于更为优异的热稳定，近年来得到了广泛的研究。此前，在全无机钙钛矿太阳能电池研究当中，普遍存在着两方面问题：1. 溶液法制备全无机钙钛矿薄膜过程中，由于钙钛矿前驱液当中CsX溶液度较差的问题，导致无法得到足够厚的高质量钙钛矿薄膜。但是，足够厚的高质量钙钛矿薄膜是太阳能器件结构中保证充分捕获光子的关键所在。2. 作为活性吸光层的钙钛矿组分，应具有合理的禁带宽度，进而保证更高效的光学性质。在CsPb(I1-xBrx)3中，当x＜ 0.5时才具有更为合理的禁带宽度，但是x ＜ 0.5时，全无机钙钛矿CsPb(I1-xBrx)3由于热力学因素，导致其极易在室温下自发转变为非钙钛矿相。综上而言，如何保证无机钙钛矿活性层足够的厚度并且显著提高其热力学稳定性，成为目前大幅提高无机钙钛矿太阳能电池应用价值的关键所在。

      在本研究中，首先通过在溶剂中引入具有较高溶解度的CsAc与HPbX3，作为钙钛矿前驱液全新组合，首次大大改善了Cs基钙钛矿前驱液中溶解度的问题，进而制备出足够厚的高质量钙钛矿薄膜。并且，基于全无机CsPbI2Br的钙钛矿太阳能电池器件，其效率可高达10.99 %。而后，通过向全无机钙钛矿中引入适量PEAX，进而构筑无机准二维钙钛矿PEA2Csn-1PbnX3n+1。此法可大幅提高富碘体系无机钙钛矿的热力学稳定性，并同时降低钙钛矿内部缺陷态密度。基于<n> =60 PEA2Csn-1PbnI3n+1的钙钛矿太阳能电池器件，在保证具有优异稳定性的同时，取得了目前无机钙钛矿太阳能电池最高效率12.4 %。