Advanced Functional Materials:揭示PCBM在抑制钙钛矿太阳能电池迟滞现象的作用

有机-无机钙钛矿太阳能电池因其低廉的成本和高效率引起广泛的关注,但是太阳能电池电流电压的迟滞现象以及钙钛矿材料在光场、电场下的分解,成为其大规模应用上最大的阻碍。广泛的研究表明在钙钛矿太阳能电池中引入phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PCBM)层,能够有效的改善器件的迟滞现象,然而对其作用机理的深入研究仍然十分缺乏。

厦门大学国家示范性微电子学院李澄副教授和拜罗伊特大学高分子化学系Sven Huettner博士合作,利用宽场荧光成像显微镜实时原位观测有机-无机钙钛矿薄膜中的离子移动以及PCBM对于离子移动的抑制作用,其碘离子的迁移率降低约1个数量级。x射线光电子能谱(XPS)的深度剖面结果表明,PCBM扩散进钙钛矿薄膜材料中并与缺陷碘离子结合,从而有效抑制材料内部的离子迁移。相关结果发表Adv. Funct. Mater.(DOI:10.1002/adfm.201908920)

相关研究表明,离子的迁移特别是缺陷卤素离子的移动,是引起钙钛矿太阳能电池迟滞现象和影响器件稳定性的主要原因。在PCBM/钙钛矿双层结构中,PCBM分子通过扩散进入钙钛矿材料中,这部分PCBM分子主要分布在钙钛矿晶界上,导致钙钛矿材料中可移动缺陷卤素离子的移动受到限制。借助宽场荧光成像显微镜,活化能以及XPS等一系列表征说明,在外加电场的情况下,PCBM分子与缺陷碘离子结合,从而使得钙钛矿材料中离子的迁移明显减弱。这一发现对钙钛矿材料的稳定性和性能改善提供了重要的微观和定量理解,为钙钛矿光电器件的大规模应用铺平道路。