高湿度下准二维钙钛矿太阳电池长期稳定性取得重要突破

有机金属卤化物钙钛矿太阳电池是薄膜太阳电池的最新发展,短短几年,光电转换效率已经超过22%,备受瞩目,但其在湿度条件下的不稳定性限制其进一步发展,因此制备高效稳定的钙钛矿太阳电池是目前主要的研究方向。近期,由于高的湿度抵抗力,二维钙钛矿受到了广泛关注,但是其效率往往却比较低。

针对二维钙钛矿太阳电池稳定性好和效率低的矛盾问题,华北电力大学戴松元教授和中国科学院潘旭研究员基于苯甲胺、二甲胺、丙二胺、丁二胺的碘化铵盐制备了四种不同的准二维钙钛矿材料。实验结果显示四种准二维钙钛矿材料不仅具有很高的三维钙钛矿优越的晶体结构,同时,2D GIWAXS中出现的二维钙钛矿衍射峰,也证实了它们的准二维结构。由于结构的差异,使准二维钙钛矿表面形貌产生巨大变化,吸收和PL曲线表现出了不同程度的蓝移和吸收强度,随之而来的是光电转换效率会有所降低。然而,基于苯甲铵盐的准二维钙钛矿由于致密均匀的膜,较好的晶体结构和高的吸收强度等优点,克服了二维钙钛矿效率低的问题,效率高达17.40%,尤为突出,实现了稳定性和电池效率的双高。

更为重要的是,湿度老化研究发现:由于二维钙钛矿的层状疏水性,放置在80%的高湿度下,四种准二维钙钛矿表现出不同的超高湿度稳定性。随后的研究表明:准二维钙钛矿材料的湿度稳定性与加入的铵盐疏水性密切相关,铵盐的疏水性越强获得的准二维钙钛矿就具有越高的抗湿度能力。此次研究中,苯甲铵盐具有最好的疏水性,因此得到的准二维钙钛矿材料具有最高的湿度稳定性,在500小时的80%高湿度下老化后,能保持80%以上的初始效率,而常规器件的效率仅剩10%。研究发现在常规钙钛矿中引入合适的高疏水性铵盐可以得到高效稳定的二维钙钛矿太阳电池。

相关研究工作“The Effect of Hydrophobicity of Ammonium Salts on Stability of Qusi-2D Perovskite Materials in Moist Condition”在线发表在Advanced Energy Materials(DOI:10.1002/aenm.201800051)上。

Speak Your Mind