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应用技术所在高效稳定的2D/3D钙钛矿太阳电池方面的研究取得新进展

作者:图/刘国震 文/潘旭   发布时间:2019-01-29   来源:新能源中心

近期,应用所新能源中心潘旭课题组在研究制备高效稳定的2D/3D钙钛矿太阳电池方面取得新进展,相关研究成果以“引入含卤素官能团的疏水铵盐提高二维/三维钙钛矿太阳电池器件的效率和稳定性”(“Introduction of hydrophobic ammonium salts with halogen functional groups for high-efficiency and stable 2D/3D perovskite solar cells”)发表于德国Wiley杂志《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上(10.1002/adfm.201807565)。

过去几年里,有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳电池的研究取得了飞速的发展,认证光电转换效率已经达到23.7%2D钙钛矿材料由于其相对于3D钙钛矿具有更高的稳定性而引起了广泛关注,掀起了研究热潮。然而,铵盐的本质疏水性能对电池的长期湿度稳定性有很大影响,引入长链烷基铵盐可以增加其疏水性能,但因为影响了层间的电荷传输而限制了电池效率的提升。因此,通过引入合适尺寸的疏水性铵盐,设计新型高效稳定的2D/3D钙钛矿太阳电池成为了挑战。

针对以上问题,课题组刘国震博士等通过引入含有卤素官能团的短链铵盐,有效增加铵盐的疏水特性,在提高电池效率的同时,进一步提升了器件的稳定性,最终获得高效稳定的2D/3D钙钛矿太阳电池。在铯/甲咪混合阳离子3D钙钛矿材料中,分别引入2-氯乙胺盐酸盐(CEA)和2-溴乙胺氢溴酸盐(BEA)形成2D/3D钙钛矿结构,研究对钙钛矿薄膜的光电性能和稳定性的影响,最终获得了高结晶性、平整致密形貌的高质量钙钛矿薄膜(图1)。当引入5%2-氯乙胺盐酸盐,电池获得了20.08%的最高光电转化效率,相比于3D钙钛矿器件的18.97%效率有了明显的提升。含有卤素官能团铵盐的引入,大大地增加了电池的湿度稳定性,器件在50±5%的相对湿度下老化2400小时,2D/3D钙钛矿器件仍保持了92%的初始效率,而3D钙钛矿器件仅保持了60%的初始效率。此外,2D/3D钙钛矿器件还展现了优异的热稳定性和紫外光照稳定性。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201807565

1 3D2D/3D钙钛矿材料及相应器件的湿度稳定性