EcoMat:高效稳定锡基钙钛矿电池最新进展

有机-无机杂化铅卤钙钛矿APbX3(A=CH3NH3+,HC(NH2)2+;X=Br, I)是近年来备受关注的光伏半导体材料,其具有优异的光电性能。以其为吸光材料的钙钛矿太阳能电池(PSC)已达到25.2%的认证效率,是极具应用前景的新型光伏技术。然而,传统钙钛矿材料含有重金属铅且易溶于水,一旦发生暴露便可轻易污染环境进而危害人类健康,这也业已成为钙钛矿电池实现大规模商业化应用的主要障碍之一。因此,为更好地推进钙钛矿电池实现产业化,开展环境友好的无铅钙钛矿电池研究势在必行。

以铅的同族元素锡作为取代,是比较有潜力的解决方案。常见的锡基钙钛矿材料有铯锡碘(CsSnI3)、甲胺锡碘(MASnI3)和甲脒锡碘(FASnI3)等,它们具有优异的光电性质,如具有直接带隙且能隙宽度在1.2-1.4eV最优区间;具有较小的激子结合能和高的载流子迁移率。理论上,使用锡基钙钛矿材料可以获得不亚于铅基的光伏性能。然而,当前所得锡基钙钛矿电池的性能仍远低于同类型的铅基电池。其主要技术难点有:构成钙钛矿结构所需的二价锡(Sn2+)是化学不稳态,严重危害锡基钙钛矿材料的光电性能和稳定性;锡基钙钛矿薄膜的形貌难于控制,不利于获得理想的器件性能。

为克服上述技术难点,研究人员付出了大量的努力,并取得了可喜的进展(如图1)。在题为“高效稳定锡基钙钛矿电池最新进展”的综述中,香港理工大学严锋教授课题组从锡基钙钛矿材料的基本性质出发,分析了锡基钙钛矿电池性能不佳的问题根源;进而归纳总结了各种有利于提升锡基钙钛矿电池性能的创新方法;最后展望了锡基钙钛矿电池的发展前景。

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图1. 锡基钙钛矿太阳能电池效率进展图

相关工作以“Recent advances toward efficient and stable tin‐based perovskite solar cells”为题,在线发表在EcoMat上。(DOI: 10.1002/eom2.12004)