Solar RRL:用于制备高效稳定钙钛矿太阳能电池的新型钝化技术综述

金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有卓越的光电性能,例如光学吸收系数大、载流子迁移率高、载流子寿命长等。近年来,钙钛矿太阳能电池的能量转化效率显著提高,从2009年的3.8%提升至2018年的23.7%,引起了人们极大的研究兴趣。然而,研究者发现无机-有机混合型钙钛矿甲胺铅碘(MAPbI3)对于水、氧非常敏感。除此之外,钙钛矿太阳能电池中各功能层之间存在界面缺陷,这些缺陷会引起非辐射的激子复合,导致器件性能下降,加速器件老化。为此,采用合适的方法来减少或钝化器件中的缺陷对于制备高性能、高稳定性的电池是至关重要的。

澳大利亚新南威尔士大学光伏和可再生能源工程学院的黄淑娟与合作者针对这一问题,对近几年来发展起来的各种钝化方法进行了综述。根据不同的钝化位置和钝化目的,对钙钛矿太阳能电池的钝化技术进行了总结。

多数高性能的PSCs采用TiO2作为电子传输层,但其在日光下具有光催化性质,会加速器件性能衰减。通过物理隔离电子传输层和钙钛矿层或减少缺陷态,可以提高器件的稳定性。同时,TiO2与钙钛矿层或FTO间的缺陷可能导致器件的光伏回滞特性,采用氯化物、I主族金属元素、聚合物掺杂等方法可以减少激子复合和回滞。另一方面,通过在钙钛矿层和空穴传输层间加入一超薄的PMMA层或Al2O3层,可以有效地钝化界面,阻挡激子复合并提升器件性能。通过不同的钙钛矿前驱体制备方法,可以钝化晶界、钙钛矿内部缺陷态和钙钛矿表面并抑制粒子缺陷迁移,从而提升器件的性能和稳定性。由于悬空键的存在,钙钛矿表面存在大量缺陷,采用路易斯酸或路易斯碱,可以钝化表面过剩的离子键,从而抑制界面处的电荷积累。在钙钛矿层中加入含阳离子的憎水大分子,可以保护钙钛矿层,避免水汽侵入,从而提升钙钛矿太阳能电池的湿稳定性。相关结果发表在Solar RRL上(DOI: 10.1002/solr.201800302)。

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