Advanced Functional Materials:环境下交变场控制钙钛矿的光伏性能

近年来,杂化金属卤化物钙钛矿以其在高吸光度、高载流子迁移率、带隙可调等方面的优势,在先进的光电子器件中发挥着越来越重要的作用。然而,钙钛矿太阳电池要进入下一步的产业化,环境稳定性还存在很大的挑战。为了生长更加优质的钙钛矿薄膜,以提高其稳定性,主流的化学试剂处理方法,除了繁琐的工艺外,还存在产生对环境污染的化学废液;并且它们的形成强烈依赖于由浓度梯度确定的机械力或热扩散,材料组分或形式的任何变化都可能导致后处理甚至整个方法的巨大差异。对于可扩展、稳定和适用的设备而言,这是不可避免的障碍。

为了解决这一难题,上海交通大学太阳能研究所沈文忠教授、刘洪博士课题组首次在环境条件下采用低频交变电场(AEF)实现了钙钛矿太阳电池19.08%的转换效率,并且器件体现出优异的稳定性。研究团队开发了一种新颖而又简便易行,且不会产生多余有毒废液的绿色物理场调控AEF法。通过调控物理场,可以有效地影响钙钛矿晶粒、晶畴尺寸。不仅如此,场强还可以对微晶的织构和晶格常数产生显著的影响;更为重要的是,离子运动也同薄膜形态和结构的变化相互得到验证,最后得到了更大晶粒,更小缺陷的钙钛矿薄膜;空气中,MAPbI3的反式结构(P-I-N)器件中,通过匹配器件的能带结构,实现19.08%的效率;并且与对照样品相对比,AEF器件稳定性也得到了很大的提高。

基于这项研究,作者揭示了AEF辅助粒子运动在钙钛矿成核中的重要性,为生长出优质的钙钛矿薄膜开辟了一种新的途径。相关论文近日以back cover形式发表在Advanced Functional Materials上(DOI: 10.1002/adfm.202004652)。论文第一作者为博士研究生程振东,刘洪博士和沈文忠教授为该论文的共同通讯作者。