Adv. Energ. Mater.綜述：金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池添加劑研究進展

【摘要】

添加劑廣泛應用于高效、穩定、無遲滯的鈣鈦礦太陽能電池，在鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的各種突破中發揮著重要作用。華科大梅安意副教授、韓宏偉教授等綜述了用于PSC的各種添加劑，闡述了它們的作用機理及對器件性能的影響。綜述了添加劑的主要作用、鈣鈦礦薄膜形貌的調控、甲脒和銫基鈣鈦礦的穩定相、PSC中能級的調整、抑制鈣鈦礦中的非輻射復合、消除遲滯、提高PSC的工作穩定性。文章發表在國際著名期刊Adv. Energ. Mater.上，題目為“A Review on Additives for Halide Perovskite Solar Cells”

【圖文簡介】

圖1添加劑對前驅體膠體化學及薄膜形貌的影響

圖2添加劑通過與鈣鈦礦和基體的相互作用來調節鈣鈦礦薄膜的形貌

圖3添加劑誘導的中間相及其對薄膜形貌的影響

圖4不同添加劑后處理對薄膜形貌和器件性能的影響

圖5用各種添加劑穩定FA基鈣鈦礦相

圖6大型陽離子添加劑穩定fa基鈣鈦礦相

圖7用大的陽離子添加劑穩定Cs基鈣鈦礦相

圖8添加劑對鈣鈦礦能級及器件性能的影響

圖9用陽離子或陰離子添加劑抑制非輻射復合

圖10路易斯堿和路易斯酸添加劑抑制非輻射復合

圖11用I₃^-添加劑降低體缺陷密度

圖12用KI或PCBM添加劑消除遲滯

圖13通過疏水部分提高添加劑的水分穩定性

圖14用大的陽離子添加劑抑制離子遷移，提高PSC的運行穩定性

圖15用氟添加劑抑制離子遷移提高PSC的工作穩定性

圖16用Eu³⁺–Eu²⁺離子對添加劑提高PSC的工作穩定性

【總結與展望】

為了獲得高效、穩定、無遲滯的鈣鈦礦太陽電池（PSC），研究者做了大量的嘗試。添加劑顯示出巨大的潛力來實現這一目標，并廣泛應用于PSC。綜述了用于PSC的各種添加劑，總結了其作為形貌調制、相位穩定、能級調節、缺陷鈍化、磁滯消除和器件穩定的作用機理。添加劑可以通過影響前驅體中的膠體尺寸、形成成核的中間產物、在基底上模板化生長、誘導晶粒尺寸粗化和抑制溶液流動來調節鈣鈦礦薄膜的形貌，從而獲得最高的23.48%的認證效率和快速的上尺度沉積方法。添加劑通過誘導晶格氫鍵、調節容限因子或調節表面能等途徑，對穩定FAPbI₃鈣鈦礦和CsPbI₃鈣鈦礦相具有潛在的作用。通過調節鈣鈦礦的能級位置，還可以通過添加添加劑來調整PSCS的能級取向以改善其性能。此外，添加劑通過晶界或表面的離子鍵或配位鍵進行配位，可以抑制非輻射復合，抑制離子遷移，保護鈣鈦礦不受損傷，從而提高開路電壓，消除磁滯現象，顯著提高操作穩定性。

雖然PSC的效率已經提高到25%以上，但進一步提高其單結電池理論Shockley-Queisser（S-Q）效率極限30%以上的效率，提高其商業應用的穩定性值得更多的嘗試。形態學仍然是基礎。通過制備鈣鈦礦前驅體固溶體制備單晶或高取向鈣鈦礦薄膜的添加劑輔助方法具有廣闊的應用前景。一旦薄膜質量好，晶界與基體垂直，就可以開發添加劑來鈍化晶界上的陷阱，防止晶界通過強鍵分解，從而在不犧牲一個晶粒中電荷輸運能力的情況下獲得更高的效率和穩定性。考慮到具有較窄禁帶的鈣鈦礦具有較高的S-Q效率極限，穩定FA基鈣鈦礦的相，而不吸收藍移，使Pb-Sn混合鈣鈦礦通過添加劑穩定氧化具有重要意義。此外，對于鈣鈦礦薄膜中殘留的添加劑，深入研究其對鈣鈦礦能級結構和界面處能級彎曲的影響，有助于進一步闡明其對效率和磁滯的影響。

文獻鏈接：A Review on Additives for Halide Perovskite Solar Cells, 2019, Adv. Energ. Mater., DOI: 10.1002/aenm.201902492.

本文由金也供稿!