Solar RRL:低温制备高效率CsPbI2Br全无机钙钛矿太阳能电池

近年来铅卤钙钛矿太阳能电池由于优异的光电转换性能、合成方法简单、成本低廉等优点受到了国内外科研和产业界的广泛关注和研究兴趣。在短暂的几年时间里该类钙钛矿太阳能电池的认证效率不断被刷新,目前已经达到22.7%,接近于商业化。但有机-无机杂化钙钛矿的稳定性仍然面临挑战也是其实现成功商业化的关键。其中有机无机杂化钙钛矿中的有机组分在加热情况下,可能会有缓慢挥发而降解相变的问题。相比之下,全无机的钙钛矿能够避免有机组分的挥发而减低电池的稳定性。在全无机钙钛矿家族里,最常见的是CsPbI3 (X=Cl, Br, I),其中混合卤素离子的全无机钙钛矿CsPbI2Br材料由于较高的热稳定性和匹配的带隙成为叠层电池的理想选择。但是CsPbI2Br的合成制备面临相应的挑战,在低温制备条件下通常会结晶为黄色δ相钙钛矿,该类型钙钛矿并不具备光伏特性。具有光伏特性的α-CsPbI2Br钙钛矿的相转变温度通常在250℃以上。这么高的相转变温度极大地限制了该类钙钛矿的制备和应用,这也是全无机钙钛矿研究中的重要疑难。因此,探寻一种低温制备纯相并且稳定的高质量全无机α-CsPbI2Br钙钛矿就尤为重要。

近日,上海交通大学赵一新特别研究员(通讯作者)团队研究发现采用碘化铅与氢碘酸的配体HPbI3+x(x=0.1~0.2)来代替前驱体中传统所用的碘化铅,通过利用(2CsI+PbBr2+HPbI3+x)这样的前驱体能够显著降低α-CsPbI2Br全无机钙钛矿的形成能垒。在退火温度为100℃时便可以得到相纯的高质量、高热稳定相和相稳定性的α-CsPbI2Br全无机钙钛矿。通过该方法制备的钙钛矿薄膜具有教高的相稳定性,在室温下钙钛矿相可以稳定超过一个月;并且在100℃条件下也可以保持该钙钛矿相至少超过一周。基于本文提供方法制备的α-CsPbI2Br全无机钙钛矿太阳能电池效率实现了10.56%的高效率,同时该方法具有很高实验可重复性。本项工作对前驱体中的碘化铅用HPbI3+x代替,通过简单的一步法在低温条件下获得了高效率的全无机CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池,对全无机钙钛矿太阳能电池的研究具有重要的借鉴意义。相关结果发表在Solar RRL(DOI: 10.1002/solr.201700180)上,第一作者为该组的博士后王勇。

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