中国科学院半导体研究所游经碧Nat. Commun.: 溶剂控制生长研制出转换效率高达15.7%的CsPbI3全无机钙钛矿电池

【引言】

短短几年内，有机—无机杂化钙钛矿电池的光电转换效率已经从3.8% 跃升至目前的22.7%，但是由于有机离子易挥发易分解等问题，严重影响器件的稳定性，制约着其进一步发展。相比之下，无机钙钛矿因其优异的热稳定性成为研究者们的关注热点，其中CsPbI3具有1.73eV的带隙，非常适合与窄带隙钙钛矿或硅制备高效串联太阳能电池。已有研究表明，在潮湿条件下CsPbI3的α相（黑相）会转变为非光敏δ相（黄相），使器件性能严重恶化。生长出稳定的黑相CsPbI3，制备高效率太阳能电池的工作已有大量报道，如Br部分取代I制备CsPbI2Br或CsPbIBr2钙钛矿，B位元素掺杂的方式等，使得无机钙钛矿的光电转换效率已经超过13%。在本研究中，作者采用简单的溶剂控制生长的方法（SCG）制备了高质量稳定的黑相CsPbI3薄膜，最终得到的器件光电转换效率高达15.7%，为目前已知的无机钙钛矿电池的最高效率。

【成果简介】

近日，中国科学院半导体研究所游经碧研究员（通讯作者），博士生王鹏阳（第一作者）等人使用溶剂控制生长的方法（SCG）制备了高质量的CsPbI3薄膜，组装得到的器件光电转换效率达15.7%，美国Newport权威机构认证效率为14.67%，此外，器件持续光照500h，效率无衰减。相关成果以题为“Solvent-controlled growth of inorganic perovskite films in dry environment for efficient and stable solar cells”发表在Nat.Commun.上。

【图文导读】

图一 CsPbI₃钙钛矿薄膜SCG方法制备工艺及表征

(a) SCG方法制备CsPbI₃钙钛矿薄膜工艺；
(b) CsPbI₃前驱体薄膜归一化吸收光谱；
(c) CsPbI₃前驱体薄膜XRD；
(d)~(f) CsPbI₃前驱体和薄膜的SEM。

图二 干燥氮气环境下CsPbI₃相稳定性测试

(a) CsPbI₃薄膜（0天、7天）XRD；
(b) CsPbI₃薄膜（0天、7天）吸收光谱；
(c) CsPbI₃薄膜（0天、7天、60天）照片。

图三 CsPbI₃无机钙钛矿电池器件性能表征

(a) 器件J-V性能曲线；
(b) 最佳器件的正反扫J-V性能曲线；
(c) 器件EQE以及积分电流；
(d) 电池效率分布图。

图四 CsPbI₃无机钙钛矿电池器件光稳

(a) 持续一个太阳光（100mW/cm2）光照下器件光稳测试；
(b) 不同光照时间，器件J-V性能曲线。

【小结】

研究人员采用简单的SCG方法制备了高质量的CsPbI₃钙钛矿薄膜，器件效率为目前所知无机钙钛矿电池效率之最，且光照500 h，器件效率无衰减。此外，该课题组将SCG方法应用于CsPbI₂Br、CsPb(I_0.85Br_0.15)₃、CsPbBr₃无机钙钛矿电池制备中，分别获得14.21%、16.14%和9.81%的光电转换效率。未来将有望通过控制接触界面和缺陷，使CsPbI₃钙钛矿电池的Voc达到1.3 V，实现效率突破20%。

文献链接：Solvent-controlled growth of inorganic perovskite films in dry environment for efficient and stable solar cells（Nature.Commun.2018, DOI: 10.1038/s41467-018-04636-4）

本文由材料人编辑部新人组噜噜编辑审核，点我加入材料人编辑部。

材料测试、数据分析，上测试谷！