Advanced Functional Materials:多功能N719染料助力Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池效率及稳定性的双提升

钙钛矿太阳能电池作为一种第三代太阳能电池因其低成本及高效率而被广泛研究。尽管经过短短几年的发展,目前钙钛矿太阳能电池的最高效率已达到25.2%,但是仍然存在一些问题限制了钙钛矿太阳能电池的实际应用,包括铅的毒性及器件的稳定性。因此开发无铅且稳定的吸光材料应用于钙钛矿太阳能电池具有广泛的研究前景。为了使用无毒的Bi取代有毒的Pb并同时保持钙钛矿的三维结构,研究者设计开发了一种无机双钙钛矿材料Cs2AgBiBr6。近年来,双钙钛矿Cs2AgBiBr6已被成功合成并广泛应用于太阳能转换的各个领域,包括光伏发电、光催化及光探测器等。但是双钙钛矿Cs2AgBiBr6材料自身固有的缺陷,包括较大的带隙、较低的载流子传输能力及有限的吸光范围等限制了基于Cs2AgBiBr6的器件的光电转换效率。除此之外,在薄膜的制备过程中,较高的成相温度及对于有机溶剂有限的溶解能力使得高质量、纯相钙钛矿薄膜的制备变得十分困难。基于以上原因,目前Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池的最高效率只有2.51%。因此,进一步提高Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池的效率具有很大的研究空间及研究意义。

最近,南京工业大学邵宗平教授、王纬教授(共同通讯作者)等研究人员引入了一种有机染料(N719)在双钙钛矿Cs2AgBiBr6薄膜和空穴传输层(Spiro-OMeTAD)之间,提高了电池效率的同时改善了钙钛矿太阳能电池在空气中的稳定性。研究表明:N719染料的引入起到了多功能的作用。首先,N719染料可以拓宽吸光光谱范围,提高材料的吸光能力,使得电池的短路电流得到了提高。其次,N719染料的引入还可以较少钙钛矿薄膜的表面缺陷,形成合适的能级排列从而减少电荷载流子的复合,提高载流子的提取以及传输能力,从而大大地提高了电池的开路电压。通过对N719染料浓度的调控,优化后的电池最高效率达到了2.84%,高于目前文献上报道的大部分Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池的效率。并且钙钛矿太阳能电池在空气中的稳定性也得到了提高。该工作提出了一种有效便捷的策略来同时提高Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池的效率及稳定性,从而有效促进了钙钛矿太阳能电池的实际应用。相关工作发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202001557)上。