暨南大學唐群委團隊Adv Energy Mater：全無機CsPbBr3鈣鈦礦太陽電池效率突破10%

【引言】

近年來，無機鈣鈦礦太陽能電池是解決能源和環境問題的手段之一，但其光電轉換效率較低。究其原因，無機鈣鈦礦薄膜內部大量的復合反應降低了電池的性能。如何提高無機鈣鈦礦薄膜的質量以及減少薄膜的缺陷態是目前鈣鈦礦電池研究的關鍵科學問題。其中，全無機型鈣鈦礦太陽能電池由于具有較高的載流子遷移率，較大的光吸收系數，以及在高溫和高濕環境中具有優異的穩定性而受到極大關注，如何在不破壞穩定性的基礎上，進一步提高當前的效率是目前急需解決的問題之一。

【成果簡介】

近日，暨南大學唐群委教授團隊在Advanced Energy Materials雜志上發表 “Lanthanide Ions Doped CsPbBr₃ Halides for HTM-free 10.14%-Efficiency Inorganic Perovskite Solar Cell with an Ultrahigh Open-Circuit Voltage of 1.594 V”的論文。段加龍博士生為第一作者，唐群委教授為文章的唯一通訊作者。

該工作創新性地利用元素工程，將鑭系稀土元素作為添加劑引入到無機鈣鈦礦CsPbBr₃薄膜當中，顯著增加了晶粒尺寸，同時由于晶界的減少以及晶界的鈍化，有利于加速電荷傳輸，抑制電荷復合，獲得了10.14%的光電轉換效率和1.594 V的開路電壓，這都是目前CsPbBr₃基無機鈣鈦礦太陽能電池領域的最高記錄。另外，該電池具有很好的穩定性能，在相對濕度80RH%的氣氛中經過110天其光電轉換效率基本不變。這也是是唐群委團隊今年繼在Angew. Chem. Int. Ed. (2018, 57, 3787-3791; 2018, 57, 5746-5749)發表兩篇重要工作之后，又一次在國際頂級雜志發表論文，推動了全無機CsPbBr₃鈣鈦礦太陽電池的發展。

【圖文簡介】

圖一 稀土摻雜無機鈣鈦礦電池的晶體結構表征

（a）無機鈣鈦礦薄膜的表面SEM圖。

（b）無機鈣鈦礦薄膜的斷面SEM圖。

（c）無機鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜。

（d）無機鈣鈦礦薄膜的晶格常數的變化曲線。

（e）Pb 4f的高分辨率XPS圖譜。

圖二 稀土摻雜無機鈣鈦礦電池的光伏性能表征

（a）電池結構斷面圖。

（b）不同稀土離子摻雜的鈣鈦礦電池的J-V曲線。

（c）不同稀土離子摻雜的鈣鈦礦電池的IPCE曲線。

（d）五種鈣鈦礦太陽能電池的效率穩態輸出。

圖三 載流子壽命測試表征

不同稀土離子摻雜的鈣鈦礦薄膜的瞬態熒光衰減測試。

圖四 電荷復合測試表征

（a）短路電流密度與光強的關系。

（b）開路電壓與光強的關系。

（c）缺陷態密度測試。

（d）Tafer曲線測試。

圖五 穩定性測試表征

（a）電池在RH = 80%，T = 25 ^oC下的穩定性。

（b）電池在RH = 0%，T = 80 ^oC下的穩定性。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201802346

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