Advanced Energy Materials:无机卤化物钙钛矿太阳电池:进展与挑战

太阳能技术是同时解决能源稀缺和环境污染这两大难题的最有效手段,是世界各国解决环境问题、应对能源危机的重要对策。钙钛矿太阳电池作为一种新型太阳电池,近年来获得了蓬勃发展。其中,有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的能量转换效率已达到25.2%,尽管具有优越的性能,但其在稳定性方面仍面临着重大挑战。通常杂化钙钛矿组分中含有不稳定易挥发的一价有机阳离子,表现出非常低的热分解温度。众所周知,无机材料具有比有机材料更高的稳定性,尤其是热稳定性,因此研究者们提出了用一价无机阳离子(Cs+)代替结构中有机阳离子来形成全无机钙钛矿,它们可以承受350℃的高温,同时具有宽带隙的优势,是制备叠层太阳电池的最佳选择。

近几年,不含任何有机成分、热稳定的全无机卤化物钙钛矿太阳电池得到了充分快速的发展,已成为当前热门钙钛矿家族中不可缺少的一员,尤其在近两年内性能上得到了超速的提高,效率从10%到16%再到19%,受到越来越多研究人员的关注。全无机钙钛矿太阳电池目前发展如此迅猛,相关的研究论文和策略已经越来越多,但也仍存在许多不足,总之是机遇与挑战并存,因此急需一篇及时、全面的综述对其进行归纳总结。

华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室薛启帆副研究员与叶轩立教授对全无机钙钛矿太阳电池的发展现状进行了详细的整理汇总,主要集中在两大方向:铅基和无铅。首先总结了常见全无机卤化物钙钛矿材料、空穴/电子传输材料的相关物理参数,然后重点全面综述了铅基和无铅全无机卤化物钙钛矿太阳电池的现有重要研究成果,包含了已经开发采用的所有优化策略。最后在研究基础上,对当前全无机钙钛矿太阳电池所存在的关键问题及其原因做了说明,同时针对怎样解决这些问题,提出了一些建议与重点可以探索的策略。除此之外,还对全无机卤化物钙钛矿太阳电池未来在叠层太阳电池中的应用进行了预测说明。相关综述论文在线发表在Advanced Energy Materials上(DOI:10.1002/aenm.202000183)。