【背景介绍】

众所周知,钙钛矿太阳能电池(PSCs)可以通过更窄的带隙吸收更宽的太阳光,具有更高的能量转换效率(PCEs)。在卤化铅钙钛矿(LHPs)中,基于甲脒(FA)的三碘化铅(FAPbI3)具有最窄的带隙。同时,由于其分解温度较高,相较于MAPbI3(MA为甲胺),FAPbI3也具有更好的热稳定性。

然而,在室温条件下,FAPbI3就很容易从理想的α-相转变成不理想的宽禁带δ相,具有六边形对称性。因此,α-相的甲脒碘化铅(α-FAPbI3具有合适的禁带宽度,但是其相稳定性并不好,亟需改进!

目前,通常采取在室温下掺杂的方式提高α-FAPbI3相的稳定性。而常用的掺杂剂往往是混合的阴、阳离子,例如甲脒(FA+)、甲胺(MA+)、铯离子(Cs+)、碘离子(I-)和溴离子(Br-)等。但是向α-FAPbI3中引入掺杂剂后,通常会出现α-FAPbI3的禁带变宽、热稳定性变差等问题。因此,需要开发新的策略,使得在α-FAPbI3的禁带宽度和热稳定性保持不变的情况下,同时提高α-FAPbI3相的稳定性

【成果简介】

今日,韩国蔚山科学技术大学(UNISTSang Il Seok教授(通讯作者)团队报道了他们通过向α-FAPbI3中掺杂二氯化亚甲基二胺MDACl2),在保持了α-FAPbI3禁带宽度和热稳定性前提下,成功稳定了α-FAPbI3相。并且其短路电流密度也达得了26.1-26.7 mA/cm2,能量转换效率(PCEs)达到了23.7%。

在室温和全日光照射(含紫外光)下,该钙钛矿太阳能电池在连续运行600 h后,其PCEs仍可达到90%的初始效率。对比MAPbBr3稳定的FAPbI3MDACl2稳定的FAPbI3在高温下表现出优异的热稳定性和湿度稳定性。将基于MDACl2稳定的FAPbI3的未封装PSCs暴露在空气中,并在150℃下保温20 h后,该器件的PCE仍保留了其初始的90%以上。

研究成果以题目为“Efficient, stable solar cells by using inherent bandgap of a-phase formamidinium lead iodide”发表在国际顶级期刊Science上。

【图文速递】

图一、FAPbI3: xMDACl2 (x=01.93.85.7mol%)的制备与表征

图二、基于FAPbI3: xMDACl2 (x=01.93.85.7mol%)PSCs器件性能

图三、FAPbI3中掺杂MDACl2导致的缺陷和Cl-的变化

 

图四、基于FAPbI3: xMDACl2PSCs的长循环稳定性

 

文献链接:Efficient, stable solar cells by using inherent bandgap of a-phase formamidinium lead iodide. (Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aay7044)

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