Small:蒸汽调节对钙钛矿形貌演变以及电池性能的影响

光活性层的形貌质量是影响光伏器件性能指标的关键因素。因此,迫切需要微调结晶动力学来制备高质量的钙钛矿薄膜。陕西师范大学刘生忠教授课题组报道了通过控制MAPbI3钙钛矿薄膜退火过程中残留DMSO含量,延缓结晶过程,来增大晶粒尺寸,减少缺陷生成,从而制备了20.09%的高效率钙钛矿电池,为后续研究起到了推动作用。在本文中,这一调节过程是通过在钙钛矿薄膜表面放置覆盖物形成半封闭空间来实现的:通过调节MAPbI3钙钛矿膜退火处理过程中残留的二甲基亚砜(DMSO)的量,出现明显的形貌变化,导致结晶动力学发生明显改变。一方面,中间相MA2Pb3I8(DMSO)2的形成阻碍了结晶过程。另一方面,半封闭空间中的DMSO蒸气会引起二次结晶和生长过程,并导致Ostwald熟化,从而产生大晶粒尺寸,缺陷更少,载流复合少,载流子寿命更长的高质量的钙钛矿薄膜。因此,极大地抑制了非辐射过程。此外,结合X射线光电子能谱测试确定了缺陷态为Pb0,并通过密度泛函理论(DFT)计算出基于PbI2和MAI终端结构模型的弛豫能,并解释了Pb0缺陷状态的形成原因。

相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.202003582)上。

使用该策略,基于MAPbI3光伏太阳能电池可实现20.09%的高功率转换效率,显示出更好的指标,与原始光伏器件相比,功率转换效率提高了14.2%,并且长期的环境保质期和热稳定性均得到明显改善。