Nano Energy:雙摻雜策略提高平板鈣鈦礦太陽電池的穩定性
【引言】
有機-無機雜化鈣鈦礦太陽電池作為一項有前景的技術已經受到廣泛關注。其能量轉化效率已經從3.8%提高到22.1%。然而，較差的穩定性阻礙了電池的廣泛應用。鈣鈦礦薄膜的品質對太陽電池的效率和穩定性有關鍵的影響。摻雜有機小分子調節鈣鈦礦薄膜的結晶動力學，優化其形貌和抑制缺陷態的形成已經被廣泛使用。另一方面，摻雜被廣泛應用于太陽電池的空穴傳輸層，其中大部分摻雜劑是親水的無機鹽或者離子化合物，不利于鈣鈦礦電池的穩定性。疏水的有機化合物摻雜劑有利于提高鈣鈦礦電池的穩定性。因此，同時對鈣鈦礦層和空穴傳輸層進行雙摻雜的策略是非常有前景的。
【成果簡介】
近日，中科院大連化物所的李燦院士和郭鑫研究員（共同通訊作者）在Nano Energy上發表最新研究成果“Two-in-one additive-engineering strategy for improved air stability of planar perovskite solar cells”。在該文中，研究者分別將對苯醌（BQ）和2,3,5,6-四氟-7,7’,8,8’-四氰二甲基對苯醌(F4TCNQ)摻雜到鈣鈦礦層和空穴傳輸層中。這種方法既提高了鈣鈦礦層的品質，又提高了空穴傳輸層的成膜性和疏水性，從而提高了器件的穩定性。此技術制備的器件具有超過16%的效率，在空氣環境中放置1400小時后還保持了95%的效率。該研究的結果為提高鈣鈦礦太陽電池的穩定性提供了一個思路。該論文的第一作者為大連化物所的于為博士。
【圖文導讀】
圖1 器件制備示意圖
圖2 MAPbI3薄膜的結構和形貌圖
（a）摻雜BQ不同比例的MAPbI3薄膜的XRD圖
（b）摻雜BQ不同比例的MAPbI3薄膜的SEM圖
圖3空穴傳輸層的能級示意圖和光電化學性質
（a）spiro-OMeTAD 和F4TCNQ的能級及電荷轉移示意圖
（b）spiro-OMeTAD膜摻雜前后的光學吸收性質
（c）空間電荷限制電流法測定空穴傳輸層的遷移率
圖4鈣鈦礦電池的光伏性質
（a）器件的J-V曲線圖
（b）不同薄膜的TRPL圖
（c）（d）器件的穩定性變化圖
圖5 雙摻雜器件穩定性提高分析
（a）不同摻雜的spiro-OMeTAD薄膜的AFM圖（插圖是相應的接觸角圖）
（b）BQ添加劑對MAPbI3薄膜穩定性的影響
（c）添加劑鈍化機理示意圖
【小結】
在這項工作中，研究者提出了一種新穎的雙摻雜方法用于提高鈣鈦礦太陽電池的穩定性。有機小分子BQ的加入提高了鈣鈦礦薄膜的品質并減緩了鈣鈦礦膜中PbI2的形成。另外，F4TCNQ的加入增強了空穴傳輸層的成膜性和疏水性，從而提高了器件的穩定性。該研究為同時提高鈣鈦礦太陽電池的效率和穩定性提供了一個可行的方式。
文獻鏈接： Two-in-one additive-engineering strategy for improved air stability of planar perovskite solar cells（Nano Energy，2017，doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.12.041）
本文由材料人編輯部新能源小組馬永超編譯整理，點我加入材料人編輯部。
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李燦院士團隊介紹
郭鑫研究員
http://sourcedb.dicp.cas.cn/zw/zjrck/201507/t20150729_4405399.html
于為博士
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