高效率钙钛矿太阳能电池新方法

AMyichenyi发展高效,廉价的太阳能电池是解决日益严峻的全球气候变暖和环境污染问题的重要手段。有机无机杂化钙钛矿太阳能电池因其原材料廉价易得,加工简便,光电转化效率高等优点受到广泛关注。

两步溶液法因加工方便,重复性好,易于生成均匀钙钛矿薄膜等优点而被广泛用于钙钛矿太阳能电池。这种方法首先将碘化铅溶液涂布在介孔氧化钛之上,干燥之后形成一种碘化铅/氧化钛纳米复合结构,然后碘化铅与胺盐溶液反应转化为钙钛矿。介孔氧化钛可以极大的加快包含于其中的碘化铅的转化反应。最近研究表明在介孔结构之上覆盖一层较厚(≥300nm) 的钙钛矿层有利于进一步提高电池效率。但是在缺少介孔氧化钛的帮助下,致密的碘化铅层转化为钙钛矿的反应非常缓慢,因此短时间浸泡容易造成大量碘化铅残留,而长时间转化反应又容易导致钙钛矿薄膜从基底脱落,成为进一步提高钙钛矿太阳能电池效率的瓶颈。

瑞士洛桑联邦理工大学易陈谊博士等通过往卤化铅(PbX2)的N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中加入少量二甲基亚砜(DMSO),将此溶液涂布在介孔氧化钛薄膜之后形成一层 PbX2(DMSO)薄膜,加热之后PbX2(DMSO)分解得到一层均匀多孔的PbX2薄膜。三维聚焦离子束断层影像(3D FIB Tomography)显示这些纳米孔道均匀分布,形成一个相互联通的纳米孔道网络。相互贯通的纳米孔道不仅有助于有机胺盐溶液直接渗入到卤化铅薄膜内部,而且增加了卤化铅与胺盐反应所需要的接触面积,此外纳米孔道还提供了由卤化铅转化成钙钛矿过程中体积膨胀所需要的空间,因此这种介孔卤化铅薄膜可以快速完全转化为高质量钙钛矿薄膜。通过这种方法可以在填充钙钛矿的介孔氧化钛之上覆盖一层均匀致密的钙钛矿,制备出高质量钙钛矿太阳能电池,电池光电转化效率最高可达20.4%,而且可以避免迟滞现象。这种方法不仅有助于进一步提高钙钛矿太阳能电池效率,对其他利用钙钛矿的光电性质研究领域也具有借鉴意义。

相关结果发表于 Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201506049)上。