Science: 使用含氟聚合物提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性

【引语】

由金属卤化物钙钛矿制备的光伏器件（钙钛矿太阳能电池，PSCs等）的能量转换效率（PCE）可达22.1%。但由于它们在大气环境或电应力（偏振）的作用下容易降解而限制了它们的使用。可以通过调整钙钛矿材料的形貌减小电应力的影响，但PSCs在潮湿环境中的稳定性问题仍有待解决。

北京时间9月29日，Science网站发布了一篇题为“Improving efficiency and stability of perovskite solar cells with photocurable fluoropolymers”的文章，通讯作者为意大利都灵理工大学的Federico Bella、米兰理工大学的Gianmarco Griffini和洛桑联邦理工大学的Anders Hagfeldt。该论文通过在器件表面涂覆涂层的方法提高器件在环境中的稳定性。

【成果简介】

为了提高PSCs的稳定性，科学家们曾家有过很多提议，如：器件封装等。器件的封装通过疏水聚合物层阻止大气中水分的渗透，但在光化学和热应力下的稳定性差。不过，那些方法只能提高太阳能电池在空气中的稳定性。考虑到在紫外辐照下的稳定性，由于溴化铯可作为电子收集层和钙钛矿吸收层之间的界面改性剂受到广泛研究，但其耐潮湿和高温性能仍有待证明。

Federico Bella等科学家提出使用下转化发光（LDS）含氟聚合物涂层提高PSC的稳定性，这种涂层可以隔断紫外线对装置的辐照，并将紫外光转换成可见光。研究发现，光电流增加了6%；在不影响化学性能和电性能的前提下可以使PCEs达到19%；疏水聚合物的形成提高了材料在潮湿环境下的耐受性。将该材料在不同的大气条件和光化学应力下进行180天（4320小时）的老化试验，材料表现出较好的稳定性和较高的PCEs。同时，由于这种涂层具有低表面能而表现出耐尘、易于清洁的优点。

【图文导读】

图1：LDS-PSC集成系统

（A）涂层防紫外线原理图；

（B）UV涂层归一化的吸收和发射光谱，和PSC器件的IPCE响应；

（C）镀膜沉积之前，PSC的FESEM图；

（D）UV涂层在紫外灯照射下的照片。

图2：PSCs的IPCE图

（A）涂层加载不同重量(0到2 wt%)的V570的IPCE图；（B）入射光低于420nm时的IPCE图。

图3：器件的光伏特性

（A）PSC在涂覆涂层前后的J-V图，虚线代表反向扫面；（B）相同PSCs的IPCE图。

图4：LDS-PSC体系的老化实验结果图

三个系列（无涂层、前面有涂层、前后均有涂层）（A）PSCs的老化实验结果图；（B）三个系列的PSCs经过6个月老化实验后的XRD；（C）前后均有涂层的PSCs在室外环境下经过3个月老化实验后的结果图。

【总结】

该论文使用快速光诱导的自由基聚合反应产生的含氟聚合物作为涂层，使材料在室温下易清洗、稳定性高，并形成对抗环境的疏水屏障。

文献链接：Improving efficiency and stability of perovskite solar cells with photocurable fluoropolymers(Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aah4046)

本文由材料人编辑部纳米组朱晓秀供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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