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应用技术所在有机碘化铵盐增强钙钛矿太阳电池稳定性方面取得新进展

作者:郑海英   发布时间:2018-03-22   来源:新能源中心

近期,应用技术所潘旭课题组在制备高效高湿度稳定的准二维钙钛矿太阳电池方面取得新进展,基于不同的有机铵盐制备得到了具有效率超过17%,在80%左右的湿度条件下,湿度稳定性超过500小时的准二维钙钛矿太阳材料及电池。

目前,钙钛矿太阳电池(PSCs)的光电转换效率已经超过了22%,备受世界瞩目,但是钙钛矿太阳电池的稳定性成为限制其进一步发展的重要原因。二维钙钛矿由于其高的湿度抵抗力受到了广泛关注,但是其效率却比较低,因此制备高效稳定的钙钛矿太阳电池是迫切需要。

针对上述问题,研究组郑海英博士等采用苯甲胺(BE)、二甲胺(DI)、丙二胺(PR)、丁二胺(BU)为加入材料,合成其碘化铵盐,再基于通式 (A)2(FA)n−1PbnI3n+1(A)(FA)n−1PbnI3n+1 (n=9) 制备了四种不同的准二维钙钛矿薄膜和电池。实验发现:四种准二维钙钛矿材料均出现了二维钙钛矿的(002)晶面的XRD特征峰,证明了其准二维结构;它们的紫外可见光吸收和稳态PL吸收峰位置都发生了明显的蓝移,能隙增加;基于四种准二维钙钛矿材料的太阳电池的效率都较常规钙钛矿有所下降,但是其中苯甲胺基准二维钙钛矿由于致密均匀的膜,较好的晶体结构和高的吸收强度等优点,使得其性能最好,效率最高,最终得到的电池效率达到17.40%,较常规电池效率没有明显下降,而且无明显的迟滞现象。最后,将它们放置在80%的湿度条件下进行老化实验,结果四种准二维钙钛矿表现出不同的湿度稳定性,其中二胺类的准二维稳定性较差,苯甲胺的最好,500 小时后苯甲胺基准二维钙钛矿的效率能保持80%左右,常规的仅剩10%。对比引入的几种铵盐和准二维钙钛矿电池的湿度稳定性发现,电池的稳定性主要取决于加入铵盐的疏水性能,高疏水性铵盐制备得到准二维钙钛矿电池的湿度稳定性也会明显提高。

a)四种准2D钙钛矿太阳电池和常规电池的J-V曲线对比和

b)四种准2D钙钛矿电池和常规电池在80%的湿度条件下放置500 h后标准效率变化曲线

相关研究工作以“有机铵盐的疏水性对准二维钙钛矿材料在湿度条件下稳定性的影响(The Effect of Hydrophobicity of Ammonium Salts on Stability of Qusi-2D Perovskite Materials in Moist Condition)”为题目发表于德国Wiley杂志Advanced Energy Materials上(10.1002/aenm.201800051)。上述研究得到了国家高技术研究发展计划(863计划)和中国科学院基金的支持。