58 / 2021-10-29 16:45:21

电场调控增强钙钛矿电池的性能研究

钙钛矿材料；太阳能电池；两步法；外电场

钙钛矿材料由于自身优异的光电特性，比如可调节的光学带隙（1.47 eV~1.6 eV）、低激子结合能（37 ~ 50 meV）、长载流子扩散长度（＞1 μm）等，被广泛应用于太阳能电池中。在过去的十年中，钙钛矿太阳能电池（PSCs）的光电转换效率（PCE）从3.8%迅速提高到25.5%。钙钛矿材料不仅吸收太阳光作为光吸收层，而且要完成载流子的输运和分离，那么钙钛矿层的结晶质量是影响电池性能的关键因素。理论计算表明，由于形成能较低，空位和间隙原子容易形成I^-、Pb²⁺和MA⁺点缺陷。此外，根据第一性原理计算，浅能级缺陷也可能形成深能级缺陷（＞0.026 eV），深能级缺陷作为辐射复合中心，阻碍载流子的有效传输。因而，钙钛矿材料的结晶质量较差，导致光生载流子在传输过程中产生大量非辐射复合，阻碍了高性能PSCs的制备。本工作提出了在两步溶液法制备钙钛矿薄膜中施加外加电场提高钙钛矿薄膜结晶质量的新方法。通过~MV/m电场调控离子（MA⁺，FA⁺）在碘化铅中的迁移行为，形成了层内晶界和层间界面低缺陷的薄膜，有效地减少了光生电子和光生空穴的非辐射复合。与参比器件相比，电池的PCE提高了近5%，达到19.76%。这项工作为制备高质量钙钛矿材料提供了一种新的物理方法，以提高光伏器件的性能。