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基于醋酸铅前驱体的高效率钙钛矿太阳能电池

近年来,随着环境和能源问题的日益加剧,太阳能以其清洁、可再生的优势引起了科研界和产业界的广泛关注。其中,钙钛矿太阳能电池作为下一代光伏中的新宠,具有易制备、低成本和高效率等特点。短短几年之内发展迅猛,目前最高认证光电转换效率已达22.1%。一般来说,制备钙钛矿活性层最为常见的铅源材料是卤化铅。最近有研究表明,醋酸铅作为较具潜力的传统卤化铅的替代物,价格更为低廉。无需复杂的反溶剂法,只需短暂低温退火即可得到超平整致密的钙钛矿薄膜。这样简单的制备工艺显示出了它的优越性。然而迄今为止,基于醋酸铅前驱体的钙钛矿太阳能电池相比较于其它已经报道的基于传统卤化铅前驱体的平面结钙钛矿太阳能电池在转换效率方面稍显不足。

近期,北京大学“极端光学研究创新团队”的朱瑞研究员、龚旗煌院士与美国劳伦斯伯克利国家实验室的刘烽博士和美国麻省大学的Thomas P. Russell教授以及英国牛津大学的张伟博士和Henry J. Snaith教授展开合作,研究了基于醋酸铅前驱体的高效率钙钛矿太阳能电池。他们开发了一种通过在醋酸铅和CH3NH3I(甲胺碘)前驱体液中添加微量CH3NH3Br(甲胺溴)来提高器件性能的方法。通过优化和表征发现,适当添加微量的CH3NH3Br不仅可以有效改善钙钛矿薄膜的表面形貌、提高薄膜的结晶度,还可以调控薄膜的光学和电学性质,尤其是加强了各界面层处的电荷提取。最终使得基于醋酸铅前驱体的反式平面结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从14.26%大幅度提高至18.32%,同时保持17.6%的稳态输出功率,且无扫描滞后现象。基于此种方法制备的正式器件效率最高可达19.34%。这一成果显示出了醋酸铅前驱体替代传统卤化铅铅源的巨大优势和前景。

Adv. Funct. Mater. 期刊封底内页

该研究成果发表在《先进功能材料》上(AdvancedFunctional Materials, 2016, 26(20), 3508-3514. DOI:10.1002/adfm.201601175),并被选为inside back cover(封底内页)。物理学院博士研究生赵丽宸和研究助理罗德映为本文的共同第一作者。该研究工作得到中国国家自然科学基金委、科技部、北京大学人工微结构和介观物理重点实验室、“2011计划”量子物质科学协同创新中心、“极端光学协同创新中心”、“青年千人计划”、美国能源部(DOE)以及劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)等单位的支持。

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