暨南大学唐群委团队Adv Energy Mater：全无机CsPbBr3钙钛矿太阳电池效率突破10%

【引言】

近年来，无机钙钛矿太阳能电池是解决能源和环境问题的手段之一，但其光电转换效率较低。究其原因，无机钙钛矿薄膜内部大量的复合反应降低了电池的性能。如何提高无机钙钛矿薄膜的质量以及减少薄膜的缺陷态是目前钙钛矿电池研究的关键科学问题。其中，全无机型钙钛矿太阳能电池由于具有较高的载流子迁移率，较大的光吸收系数，以及在高温和高湿环境中具有优异的稳定性而受到极大关注，如何在不破坏稳定性的基础上，进一步提高当前的效率是目前急需解决的问题之一。

【成果简介】

近日，暨南大学唐群委教授团队在Advanced Energy Materials杂志上发表 “Lanthanide Ions Doped CsPbBr₃Halides for HTM-free 10.14%-Efficiency Inorganic Perovskite Solar Cell with an Ultrahigh Open-Circuit Voltage of 1.594 V”的论文。段加龙博士生为第一作者，唐群委教授为文章的唯一通讯作者。

该工作创新性地利用元素工程，将镧系稀土元素作为添加剂引入到无机钙钛矿CsPbBr₃薄膜当中，显著增加了晶粒尺寸，同时由于晶界的减少以及晶界的钝化，有利于加速电荷传输，抑制电荷复合，获得了10.14%的光电转换效率和1.594 V的开路电压，这都是目前CsPbBr₃基无机钙钛矿太阳能电池领域的最高记录。另外，该电池具有很好的稳定性能，在相对湿度80RH%的气氛中经过110天其光电转换效率基本不变。这也是是唐群委团队今年继在Angew. Chem. Int. Ed. (2018, 57, 3787-3791; 2018, 57, 5746-5749)发表两篇重要工作之后，又一次在国际顶级杂志发表论文，推动了全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳电池的发展。

【图文简介】

图一 稀土掺杂无机钙钛矿电池的晶体结构表征

（a）无机钙钛矿薄膜的表面SEM图。

（b）无机钙钛矿薄膜的断面SEM图。

（c）无机钙钛矿薄膜的XRD图谱。

（d）无机钙钛矿薄膜的晶格常数的变化曲线。

（e）Pb 4f的高分辨率XPS图谱。

图二 稀土掺杂无机钙钛矿电池的光伏性能表征

（a）电池结构断面图。

（b）不同稀土离子掺杂的钙钛矿电池的J-V曲线。

（c）不同稀土离子掺杂的钙钛矿电池的IPCE曲线。

（d）五种钙钛矿太阳能电池的效率稳态输出。

图三 载流子寿命测试表征

不同稀土离子掺杂的钙钛矿薄膜的瞬态荧光衰减测试。

图四 电荷复合测试表征

（a）短路电流密度与光强的关系。

（b）开路电压与光强的关系。

（c）缺陷态密度测试。

（d）Tafer曲线测试。

图五 稳定性测试表征

（a）电池在RH = 80%，T = 25^oC下的稳定性。

（b）电池在RH = 0%，T = 80^oC下的稳定性。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201802346

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