胡文平Adv. Energy Mater. ：Co部分取代杂化钙钛矿制备高效钙钛矿太阳电池

【引言】

在过去八年中，杂化钙钛矿材料由于其高吸收系数，双极电荷载流子传输和高电荷载流子迁移率而引起学术界和工业界的高度关注。据报道，在B位用其他金属阳离子取代Pb²⁺是调节混合钙钛矿材料光电性能的最有效和最容易的方法之一。已经有研究通过调节CH₃NH₃Pb_1-xSn_xI₃的组成将光学带隙（Eg）从1.55提高到1.17eV。此外，晶体结构从四方相过渡到接近对称的立方相，并且后者有利于电荷传输。但是，研究发现具有对称立方晶相的CH₃NH₃Pb_0.5Sn_0.5I₃薄膜具有差的薄膜形态，导致器件性能较差。

【成果简介】

近日，阿克伦大学Xiong Gong、天津大学胡文平（共同通讯）等人用钴（Co²⁺）部分替代铅（Pb²⁺）来开发新型混合钙钛矿材料CH₃NH₃Pb_1-xCo_xI₃。研究发现新型钙钛矿薄膜具有立方晶体结构，具有优异的薄膜形貌和较大的晶粒尺寸，与具有四方晶体结构和较小晶粒尺寸的原始薄膜明显不同。此外，发现Co²⁺的3d轨道确保了CH₃NH₃Pb_1-xCo_xI₃薄膜的电子迁移率和电导率，比原始的CH₃NH₃Pb₄薄膜更高。结果，由CH₃NH₃Pb_0.9Co_0.1I₃薄膜制造的钙钛矿太阳能电池达到21.43％的功率转换效率。相关成果以题为“Efficient Perovskite Solar Cells Fabricated by Co Partially Substituted Hybrid Perovskite”发表在了Advanced Energy Materials上。

【图文导读】

图1 XPS光谱

a）来自CH₃NH₃Pb_0.9Co_0.1I₃薄膜的Co 2p，以及来自CH₃NH₃Pb_1-xCo_xI₃（其中x = 0,0.1和0.2）薄膜b）I 3d，c）N 1s和d）Pb 4f₅和Pb 4f₇的XPS光谱

图2 CH₃NH₃Pb_1-xCo_xI₃光谱分析

a）吸收光谱

b）时间分辨光致发光（PL）光谱

c）电导率和塞贝克系数

图3 性能分析

a）J-V特性

b）外部量子效率（EQE）谱

c）PSC的奈奎斯特图

d）PSC的光电流衰减

【小结】

该研究利用钴（Co²⁺）部分替代铅（Pb²⁺）开发了新型混合钙钛矿材料CH₃NH₃Pb_1-xCo_xI₃。结果，由CH₃NH₃Pb_0.9Co_0.1I₃薄膜制备的PSC显示出21.43％的PCE，与原始CH₃NH₃PbI₃薄膜相比，改善了22％。因此 ，部分取代Pb来调整杂化钙钛矿材料的物理性质为提高钙钛矿太阳能电池的器件性能提供了一种容易的方式。

文献链接：Efficient Perovskite Solar Cells Fabricated by Co Partially Substituted Hybrid Perovskite（Adv. Energy Mater. ,2018,DOI:10.1002/aenm.201703178）

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