胡文平Adv. Energy Mater. ：Co部分取代雜化鈣鈦礦制備高效鈣鈦礦太陽電池

【引言】

在過去八年中，雜化鈣鈦礦材料由于其高吸收系數，雙極電荷載流子傳輸和高電荷載流子遷移率而引起學術界和工業界的高度關注。據報道，在B位用其他金屬陽離子取代Pb²⁺是調節混合鈣鈦礦材料光電性能的最有效和最容易的方法之一。已經有研究通過調節CH₃NH₃Pb_1-xSn_xI₃的組成將光學帶隙（Eg）從1.55提高到1.17eV。此外，晶體結構從四方相過渡到接近對稱的立方相，并且后者有利于電荷傳輸。但是，研究發現具有對稱立方晶相的CH₃NH₃Pb_0.5Sn_0.5I₃薄膜具有差的薄膜形態，導致器件性能較差。

【成果簡介】

近日，阿克倫大學Xiong Gong、天津大學胡文平（共同通訊）等人用鈷（Co²⁺）部分替代鉛（Pb²⁺）來開發新型混合鈣鈦礦材料CH₃NH₃Pb_1-xCo_xI₃。研究發現新型鈣鈦礦薄膜具有立方晶體結構，具有優異的薄膜形貌和較大的晶粒尺寸，與具有四方晶體結構和較小晶粒尺寸的原始薄膜明顯不同。此外，發現Co²⁺的3d軌道確保了CH₃NH₃Pb_1-xCo_xI₃薄膜的電子遷移率和電導率，比原始的CH₃NH₃Pb₄薄膜更高。結果，由CH₃NH₃Pb_0.9Co_0.1I₃薄膜制造的鈣鈦礦太陽能電池達到21.43％的功率轉換效率。相關成果以題為“Efficient Perovskite Solar Cells Fabricated by Co Partially Substituted Hybrid Perovskite”發表在了Advanced Energy Materials上。

【圖文導讀】

圖1 XPS光譜

a）來自CH₃NH₃Pb_0.9Co_0.1I₃薄膜的Co 2p，以及來自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光譜

圖2 CH₃NH₃Pb_1-xCo_xI₃光譜分析

a）吸收光譜

b）時間分辨光致發光（PL）光譜

c）電導率和塞貝克系數

圖3 性能分析

a）J-V特性

b）外部量子效率（EQE）譜

c）PSC的奈奎斯特圖

d）PSC的光電流衰減

【小結】

該研究利用鈷（Co²⁺）部分替代鉛（Pb²⁺）開發了新型混合鈣鈦礦材料CH₃NH₃Pb_1-xCo_xI₃。結果，由CH₃NH₃Pb_0.9Co_0.1I₃薄膜制備的PSC顯示出21.43％的PCE，與原始CH₃NH₃PbI₃薄膜相比，改善了22％。因此 ，部分取代Pb來調整雜化鈣鈦礦材料的物理性質為提高鈣鈦礦太陽能電池的器件性能提供了一種容易的方式。

文獻鏈接：Efficient Perovskite Solar Cells Fabricated by Co Partially Substituted Hybrid Perovskite（Adv. Energy Mater.?,2018,DOI:10.1002/aenm.201703178）

本文由材料人新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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