Advanced Energy Materials:反位缺陷自修复提升无机CsPbI3−xBrx电池效率

中国力争在2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和,这是习主席基于推动构建人与自然生命共同体和实现可持续发展做出的重大战略决策。实现这一目标的一条关键途径便是改变赖以生存的能源形式。太阳能作为持续可再生的能源,实现太阳能转换能极大地降低碳排放,而太阳电池转化太阳能为电能是太阳能利用的一种有效形式。

光电转化效率和工作稳定性是影响太阳电池成本的关键因素,因此,制备高效率、稳定的电池是实现低成本电池的前提。钙钛矿电池由于其飞速的性能提升以及低温溶液制备受到广泛关注,有望成为新一代光伏发电的主力材料。深能级缺陷通常在钙钛矿半导体材料中作为Shockley-Read-Hall复合中心,严重影响其光伏器件的光电性能和稳定性。许多钝化策略被用来减少缺陷,提升光电转换性能和稳定性。然而,目前对缺陷的能量分布和空间分布的研究较少。

陕西师范大学刘生忠赵婉亘团队通过深能级瞬态谱测试,确定了CsPbI3−xBrx薄膜中的主要深缺陷能量分布,缺陷能级位于0.32-0.36 eV、0.48-0.49 eV和0.64-0.68 eV。结合密度泛函理论,对缺陷进行归属,确认了间隙缺陷和反位缺陷的存在。更为有趣的是:在放置12小时候后,这些缺陷浓度减少了一到两个数量级。针对此,提出了可能的反应路径,随后从热力上评估了此反应发生的可能性。另外,通过研究新鲜制备的钙钛矿薄膜随时间变化的XRD图谱,揭示了晶格应力释放是离子迁移和缺陷自我修复的直接驱动力。

使用该策略,将制备的钙钛矿薄膜组装成器件,经过自修复过程的CsPbI3xBrx电池的光电转化效率提升至18.43%,显示出更好的指标,与参比条件的器件(17.29%)相比,性能提高了6.5%,并且稳定性得到明显改善。

论文信息:

Enhanced Efficiency of Inorganic CsPbI3-xBrx Perovskite Solar Cell via Self-regulation of Antisite Defects

Zhun Yao, Zhuo Xu, Wangen Zhao*, Jingru Zhang, Hui Bian, Yuankun Fang, Yan Yang, Shengzhong (Frank) Liu*

Advanced Energy Materials

DOI:10.1002/aenm.202100403