Solar RRL:界面工程调控提高钙钛矿太阳能电池器件氧稳定性

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池由于其高的光电转化效率高、活性层材料廉价易得、可溶液加工易制备等优点引起了科研工作者的广泛关注。经过短短几年的发展,其认证效率已超过24%。然而器件稳定性仍然是限制其商业化进程的重大问题。器件长期暴露在空气中,不仅会跟空气中的水分子发生反应,而且会跟空气中的氧分子发生反应生成超氧化物。进一步,钙钛矿会和超氧化物发生不可逆反应,造成器件性能不可逆转的衰减。而这种氧分子引起的降解常常被人们忽略。

基于此,苏州大学李永舫院士团队的李耀文教授等人将亲水性富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61-丁酸-(3,4,5-三(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)苯基)甲醇酯(PCBB-OEG)作为添加剂同时定性。研究发现,PCBB-OEG不仅可以促进光生电子在钙钛矿薄膜中的传输,同时还可以加速电子传输层PCBM对光生电子的抽提,光生电子的快速传出可以减少与空气中氧气分子反应的概率,因此会极大的减少薄膜中引起钙钛矿薄膜降解的“元凶”——超氧化物的生成。因此,器件的氧气稳定性会得到提高。最终基于pero-0.1/PCBM:PCBB-OEG的器件的效率高达20.49%,未封装器件在湿度为50%的环境下保存60天仍有98%的效率。除此以外,作者还研究了未封装器件在连续光照下(连续光照可以加速超氧化物的生成以及器件的降解)的稳定性,发现其稳定性也得到了极大地提高。这些数据充分证明了亲水性富勒烯材料PCBB-OEG在太阳能电池稳定性方面有着巨大的应用前景,该工作也为提高钙钛矿太阳能电池器件稳定性提供了新的思路。

图1.  (a-c)随着时间的演变pero-pristine薄膜的表面SEM图;(d-f)随着时间的演变pero-0.1薄膜的表面SEM图;(g)随着时间的演变pero-pristine薄膜XRD图;(h)随着时间的演变pero-0.1薄膜XRD图;

图2. (a)HE探针荧光强度变化过程;(b)随着时间的演变pero-0.1/PCBM:PCBB-OEG器件稳定性图(~50%湿度的空气中,未封装),内部:PCBB-OEG提高器件稳定性机理示意图。

相关工作发表在国际期刊Solar RRL(DOI: 10.1002/solr.201900249)上。