Solar RRL:分步气相沉积法实现高质量的Cs2AgBiBr6双钙钛矿薄膜生长

太阳能电池是解决未来能源危机与环境污染问题的重要技术之一。科研工作者一直在探寻具有优异光电特性的半导体材料来实现高效稳定的光伏器件。其中,有机-无机杂化铅卤钙钛矿材料由于其低成本高效率得到领域内极大关注并取得飞速发展。然而它的有机组分导致的不稳定,含重金属铅等缺点成为目前工业化运用的障碍。最近,科研工作者在探索绿色且稳定的新型全无机光吸收材料方面取得了重要进展,其中最具有代表性的双钙钛矿材料Cs2AgBiBr6为实现绿色与稳定的钙钛矿太阳能电池提供了极大可能。

近日,电子科技大学刘明侦教授课题组运用分步气相沉积法制备出了高质量Cs2AgBiBr6双钙钛矿薄膜,从根本上解决了溶液法制备无机双钙钛矿薄膜遇到的困难,为高质量双钙钛矿薄膜在光伏领域的科学研究开启了新的历程。

由于合成双钙钛矿Cs2AgBiBr6的三个组元溶解性差异大,采用传统溶液法制备高质量全覆盖的双钙钛矿薄膜仍然存在巨大挑战。该团队利用分步气相沉积技术依次在衬底上蒸镀AgBr、BiBr3以及CsBr层,随后巧妙的利用热扩散使之完全反应。通过调控组分以及退火温度最终形成了物相纯度高、晶粒尺寸大且表面粗糙度低的Cs2AgBiBr6薄膜。该研究团队采用PL mapping以及空间电荷限制电流法等进一步发现薄膜在大范围内荧光强度呈均匀分布且缺陷密度低至2.13´1016 cm-3。最终,制备的平板结构太阳能电池能量转换效率为1.37%,开路电压达到1.12 V;在外部环境储存240 h后,光伏器件仍能保持初始效率的90%以上。值得一提的是该工作得到了审稿人的积极评价,他们一致认为高质量的Cs2AgBiBr6薄膜是实现高效双钙钛矿光电器件的重要基础,该工作揭示了双钙钛矿材料在光伏应用方面的巨大潜力。研究者相信,分步气相沉积技术将为制备高质量的新型无机双钙钛矿甚至多组元的新型无机光伏材料提供新的途径,而这些新型薄膜材料将在光电领域谱写新的音符。

本论文第一作者为电子科技大学材料与能源学院研一新生王铭,该工作是他本科毕业设计阶段在刘明侦教授课题组完成的,相关论文在线发表在Solar RRL(DOI: 10.1002/solr.201800217)上。

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