新研究让钙钛矿太阳能电池高效又稳定

03 08月 2022

2022-08-03 09:43

近日，中科院半导体研究所(以下简称半导体所)研究员游经碧带领团队在《科学》发表的研究发现，通过在钙钛矿材料中引入少量氯化铷(RbCl)，可将常见的引起钙钛矿不稳定的二次相PbI2转化成为全新的热稳定性和化学稳定性好的(PbI2)2RbCl(简称PIRC)。该研究实现了85摄氏度条件下钙钛矿材料热稳定性大幅度提升，同时钙钛矿材料的离子迁移势垒提高了3倍，离子迁移得到有效抑制。

光电转换效率是太阳能电池的核心指标之一，为实现高效率的钙钛矿太阳能电池，常采用可与钙钛矿形成I型异质结能级结构的二次相碘化铅(PbI2)来阻挡载流子在多晶钙钛矿晶界或表面缺陷处复合。此前，半导体所发现基于二次相PbI2的钙钛矿电池较难兼顾效率和稳定性，原因在于PbI2二次相的存在或提供了钙钛矿分解以及离子移动通道，使钙钛矿材料以及电池器件长期稳定性较差，且易产生较大的电滞。因此，如何设计稳定的二次相，既能实现钝化钙钛矿缺陷，又能获得稳定的钙钛矿吸光材料，从而实现既高效又稳定的钙钛矿太阳能电池是当前该领域的重要课题之一。

此外，游经碧团队在研究中发现，通过抑制PbI2消除了钙钛矿/PbI2界面的强限域导致的能带变大问题，减小了钙钛矿材料的带隙，扩展了对太阳光吸收的范围。基于获得的高稳定性、光吸收扩展的钙钛矿材料，该团队研制出认证效率为25.6%的钙钛矿太阳能电池，为目前公开发表的单结钙钛矿太阳能电池世界最高效率。对电池器件分别进行1000小时放置和85摄氏度加速老化，结果保持初始效率的96%和80%。

该研究同时实现了钙钛矿太阳能电池的高光电转换效率和高稳定性，为钙钛矿电池的进一步发展以及产业化奠定了坚实基础。