Solar RRL:基于单质碘调控多孔碘化铅形貌的高效平面结构钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池的性能与钙钛矿薄膜密切相关。MAPbI3有机-无机钙钛矿薄膜的制备方法目前有一步反溶剂法,两步法和气相辅助沉积法,其中两步法能够实现结晶可控的薄膜生长。传统的两步法先在衬底上沉积碘化铅,然后引入MAI与其反应。对于介孔结构的电池,介孔层的存在有利于碘化铅向钙钛矿的转变。而对于平面结构的电池,致密层状的碘化铅与MAI的完全反应较为困难。为了促使碘化铅完全转变成钙钛矿,通常使用的策略包括高温退火促进MAI扩散,使用混合的前驱体,降低碘化铅的结晶度,形成微观多孔结构的碘化铅等等。多孔结构的碘化铅目前可以通过对旋涂的碘化铅进行后处理,在前驱体溶液中引入有机添加剂等方法实现。除了钙钛矿薄膜的结晶状态,薄膜的形貌对电池性能也有重要影响。高效率电池中的钙钛矿薄膜一般呈现晶粒较大,表面平整,膜层致密等特点。因此同时调控钙钛矿薄膜的结晶和形貌对钙钛矿电池性能的提升非常关键。

近期苏州大学物理科学与技术学院李亮课题组通过在碘化铅前驱体溶液中引入单质碘,成功获得了碘化铅的多孔结构。单质碘能够通过低温加热快速从前驱体薄膜中移除,不会残留在碘化铅中。改变前驱体中的单质碘含量,能够控制碘化铅薄膜中孔隙的数量和大小。和致密碘化铅相比,多孔碘化铅结合两步法,能够实现对钙钛矿薄膜结晶和形貌的同时调控,获得结晶良好,晶粒变大,表面更平整的钙钛矿薄膜。最终p-i-n平面结构钙钛矿太阳能电池的转换效率从16.89%提高到了18.63%。该研究为多孔碘化铅的制备和钙钛矿薄膜质量的调控提供了新的方法。

相关论文以“Iodine Induced PbI2 Porous Morphology Manipulation for High-Performance Planar Perovskite Solar Cells”为题在线发表在Solar RRL上(DOI: 10.1002/solr.201800230)。

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