绿色反溶剂抑制缺陷诱导的非辐射复合——助力高效钙钛矿太阳能电池

溶液法制备的钙钛矿太阳能电池具有成本低廉,操作简单等优点,但由于晶体成核和生长的过程中其晶体取向不同而造成钙钛矿薄膜的多晶特性。这使得钙钛矿薄膜中存在很多缺陷,光激发的电子和空穴在薄膜中传导时极易被缺陷诱导,发生非辐射复合。反溶剂工程是获得高质量钙钛矿薄膜的有效策略,它通过在旋转过程中滴加与钙钛矿前驱液极性相悖的溶剂,加速晶体的生长,减少缺陷的产生。但是,大多数的反溶剂如甲苯和氯苯等都具有很高的毒性,严重阻碍着钙钛矿太阳能电池的商业化应用。反之,无污染的溶剂如乙醇等又会对钙钛矿薄膜造成破坏。因此,开发无污染的绿色反溶剂工程极具挑战。如果能够使用无污染的溶剂并能够避免对钙钛矿薄膜的破坏,将极大的推进钙钛矿太阳能电池的产业化应用。

清华-伯克利深圳学院康飞宇教授,韦国丹助理教授及合作者针对这一问题利用乙醇作为反溶剂,对绿色反溶剂处理制备高质量钙钛矿薄膜做出积极有益的探索:通过在反溶剂乙醇中溶解适量MABr,与被乙醇溶液破坏的钙钛矿薄膜表面二次反应,有效的抑制了缺陷的产生。相关结果发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202003965)上,文章的第一作者为博士后徐文战。

反溶剂工程在溶液法制备高效率有机-无机钙钛矿太阳能电池中应用广泛,钙钛矿薄膜的厚度,晶粒的大小以及薄膜的缺陷密度均与反溶剂有关。得益于溶剂特性的理论和实验研究,多种高效的反溶剂被开发和应用,直接带来钙钛矿太阳能电池效率的直线提升。相信采用绿色的反溶剂和巧妙的实验设计会实现高效的太阳能电池,将进一步推动其产业化。该研究团队采用Cs0.15FA0.85PbI3为钙钛矿薄膜晶体组成,在旋涂钙钛矿前驱液的过程中,溶剂挥发,滴加乙醇作为反溶剂,加速钙钛矿晶体的生长。该研究团队发现在乙醇中适量溶解MABr,在反溶剂过程中与钙钛矿薄膜二次反应,避免了乙醇对钙钛矿薄膜的破坏,获得了高质量的钙钛矿薄膜,这极大的抑制了缺陷诱导的非辐射复合,实现了21.53%的钙钛矿太阳能电池能量转换效率。