Advanced Function Materials:可控n型掺杂制备的CsPbI2Br钙钛矿太阳电池效率达到16.79%

近年来无机CsPbI2Br钙钛矿太阳电池发展迅速,但其光电转换效率仍低于有机-无机杂化和无机CsPbI3钙钛矿太阳电池。制约CsPbI2Br钙钛矿光伏性能提升的主要瓶颈在于钙钛矿薄膜高的缺陷态密度和能级失配所导致的低填充因子和低开压。因此制备高质量的CsPbI2Br钙钛矿薄膜和调控能级结构是提升CsPbI2Br钙钛矿太阳电池性能的关键。添加剂工程不仅可以改善钙钛矿的结晶和成膜质量,钝化薄膜缺陷,还可以影响钙钛矿薄膜的能级结构,提升钙钛矿太阳电池性能。

陕西师范大学刘治科教授、刘生忠教授(共同通讯作者)采用CaCl2作为无机CsPbI2Br钙钛矿太阳电池的添加剂,同时提升了CsPbI2Br钙钛矿太阳电池的开路电压和填充因子。研究发现添加剂CaCl2虽然不能进入CsPbI2Br钙钛矿晶格,但可以钝化钙钛矿薄膜缺陷,CaCl2中的Ca2+可以延缓CsPbI2Br钙钛矿薄膜的结晶,提高薄膜结晶质量,进而降低薄膜中的缺陷,延长载流子寿命。同时,CaCl2的引入实现了对钙钛矿材料的可控n型掺杂,使CsPbI2Br钙钛矿薄膜的费米能级更趋近导带,增大了器件的内建电场,获得更高的开路电压。基于CaCl2掺杂的CsPbI2Br钙钛矿太阳电池的光电性能得到明显提升,开路电压提升至1.32 eV,填充因子提升至83.29 %,器件的光电转换效率达到16.79%。同时CaCl2掺杂的CsPbI2Br钙钛矿太阳电池显示出优异的空气稳定性,未封装的CsPbI2Br 钙钛矿器件在25%的环境湿度下放置1080小时,光电转换效率仍能维持初始效率的90%。

相关工作以“Controlled n-Doping in Air-Stable CsPbI2Br Perovskite Solar Cells with a Record Efficiency of 16.79%”为题,发表在Advanced Function Materials(DOI : 10.1002/adfm.201909972)上。