埋底界面修饰对钙钛矿太阳能电池的影响

经过十多年的发展,钙钛矿太阳能电池(PSCs)迅速实现了能量转换效率(PCE)从3.8%提高到25.7%的突破,在新一代光伏产业中具有显著的竞争力。钙钛矿太阳能电池的蓬勃发展不仅源于钙钛矿材料具有高光吸收系数、优异的载流子迁移率和可调节的直接带隙,还源于其简便且成本低廉的制造工艺。但是钙钛矿电池内部的缺陷问题,特别是钙钛矿层与底层界面处的缺陷是限制钙钛矿电池效率与稳定性进一步提升的一个瓶颈。通过有效的界面修饰,一方面可以提高钙钛矿的效率,另一方面可以提高器件的稳定性。本文从界面工程对钙钛矿性能的影响出发,着重介绍了埋底界面的修饰工作对钙钛矿电池效率与稳定性的影响,包含电子传输层(ETL)/钙钛矿界面与空穴传输层(HTL)/钙钛矿界面这两部分,通过对这两类埋底界面的有效改性修饰,器件的效率与稳定性显著提高。通过对比分析了各种材料与实验方法对钙钛矿器件整体性能和稳定性的影响,探索了一条有效改善器件性能的路径。最后,本文还对钙钛矿太阳能电池的前景进行了展望。

苯乙胺钝化钙钛矿埋底界面提高太阳能电池性能

采用有机小分子钝化钙钛矿下表面(埋底界面)可以有效抑制钙钛矿埋底界面缺陷形成,降低载流子复合几率。本工作通过预先沉积钝化分子苯乙胺(PEA)的方法来钝化钙钛矿埋底界面。钝化后的钙钛矿晶粒大小与表面形貌无明显变化,吸收边和发光波长稍有红移,最高分子占据轨道能级略有提高。“Pb”元素结合能向高能级移动,而“N”元素结合能向低能级移动,并且钙钛矿中PbI2的残留量明显减少,表明钝化分子PEA通过“N”原子与钙钛矿下表面悬挂的“Pb”以及残留PbI2相互作用。基于PEA钝化的钙钛矿电池的开路电压、短路电流密度、填充因子和转换效率分别从1.041 V、21.29 mA/cm2、74.09%和16.41%提高到1.102 V、22.44 mA/cm2、79.28%和19.6%。器件性能的显著提高主要由于载流子的复合降低,归因于:(1)PEA钝化未饱和配位“Pb”引起的缺陷;(2)PEA钝化卤化铅微晶组成的复杂相引起的缺陷;(3)钙钛矿与空穴传输层之间的电荷转移速率的提高。钝化的钙钛矿电池器件稳定性明显增强。这种简便、有效的埋底界面钝化策略可以应用于未来大面积钙钛矿太阳能电池的制备。

钙钛矿太阳能电池在偏压下功率输出衰减的研究

钙钛矿太阳能电池在持续功率输出初期出现的快速老化现象严重影响了器件的工作寿命。为了比较老化现象在不同PSCs中的具体表现形式,本文对五类器件进行了最大功率点(MPP)监测以及不同偏压下的I-T测试以观察各类器件的工作稳定性。结果表明器件在较小的偏压加载下更容易出现老化现象。此外还发现经历小偏压测试后能保持初始光电性能的器件均不会出现老化,而最大功率点不可逆位移的器件均会出现老化。