Adv. Mater.：由純的bis-PCBM異構體輔助晶體工程得到高效高穩定鈣鈦礦太陽能電池

【引言】

鈣鈦礦太陽能是近幾年興起的一類具有巨大應用前景的太陽能電池，它具有光電轉換效率高、成本低以及制備工藝簡單等突出優點。效率已經從最開始的3.8%快速增長到現在22.1%。

但是穩定性依然是鈣鈦礦電池迫切需要解決的一個問題。對鈣鈦礦薄膜質量的優化是解決穩定性的一個有效辦法。但是很少有研究表明電池可以在熱和光照下同時保持住穩定性。

【成果簡介】

2月27日，天津大學的王世榮教授，英國皇后瑪麗學院的T. John S. Dennis博士，瑞士洛桑聯邦理工的Dongqin?Bi博士和Michael Gr?tzel教授（共同通訊作者）在Advanced Materials發表了題為“Isomer-Pure Bis-PCBM-Assisted Crystal Engineering of?Perovskite Solar Cells Showing Excellent Efficiency and?Stability”的文章。作者先用循環高效液相色譜從bis-PCBM中分理處純的異構體α-bis-PCBM（Chem. Commun., 2017, 53, 975），并將用在反溶劑中制備基于(FAI)_0.81(PbI₂)_0.85(MABr)_0.15(PbBr₂)_0.15的鈣鈦礦太陽能電池，電池得到了20.8%的光電轉化效率，并且在高溫和光照下表現出了優異的穩定性。電池在65℃下經過44天效率下降小于10%，在 1太陽照度下最大功率點在室溫下連續運行600h后仍保留了初始值的96%。

【圖文導讀】

圖1：含有α-bis-PCBM或PCBM的鈣鈦礦制備過程示意圖。

將PCBM或α-bis-PCBM加入反溶劑中，調控鈣鈦礦晶體的生長。

圖2：鈣鈦礦薄膜穩定測試

a) 暴露于環境40％相對濕度中基于meso-TiO₂/com-?TiO₂/FTO基底上的相應膜40天前后的XRD圖案。?

b) 暴露于環境40％相對濕度的相應膜40天前后對比圖片。?

c) 相應鈣鈦礦膜與水的接觸角：1，對照; 2，PCBM; 3，α-bis-PCBM

圖3： 相關物理性質測試和重現性

a) PL光譜，

b) 玻璃基板上相應膜的TRPL光譜。

c),d),e),f) 基于相應鈣鈦礦層的器件的重現性光伏參數。

圖4?鈣鈦礦電池器件I-V測試

a) 基于bis-PCBM的器件的橫截面SEM圖像。比例尺是100nm。

b) 鈣鈦礦太陽能電池的電流 - 電壓滯后曲線(先反向掃后正向掃)。

c) 相應器件的IPCE光譜和積分電流曲線。

d) 相應器件的穩定功率輸出。

圖5?相應的鈣鈦礦太陽能電池穩定性測試

a) 電池在40％相對濕度暗態室溫下沒有任何封裝的穩定性。

b) 電池在40％相對濕度65℃暗態封裝下的穩定性。

c) 相應鈣鈦礦太陽能電池在連續完全日照室溫氮氣氛圍中的最大功率點跟蹤下的穩定性。

【總結】

α-bis-PCBM的引入可以抵抗水分侵入從而防止界面的侵蝕，減少空穴傳輸層層中產生的空隙或針孔，增加了電子提取效率，促進鈣鈦礦結晶，提高了PSCs的穩定性。?這種有前途的方法為制造高效穩定的異質結鈣鈦礦太陽能電池提供了簡單的路線。該成果得到了國家自然科學基金(21676188)，天津市自然科學基金重點項目(16JCZDJC37100)和國家留學基金委的資助。

文獻鏈接：?Isomer-Pure Bis-PCBM-Assisted Crystal Engineering of?Perovskite Solar Cells Showing Excellent Effciency and Stability?Adv. Mater. 2017,?DOI: 10.1002/adma.201606806.

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