澳大利亞新南威爾士大學(xué)悉尼分校的研究人員介紹了一種新的氯碘化物基鈣鈦礦缺陷鈍化策略。通訊作者 Ashraful Hossain Howlader 告訴《光伏》雜志，與對照樣品相比，這種新方法使電池的效率提高了約 15%，同時也使其對環(huán)境更加穩(wěn)定。
“盡管光電性能很有前景，但事實上，由于氯和碘之間的半徑不匹配，氯碘基鈣鈦礦太陽能電池中離子遷移是不可避免的，”Howlader 和他的團隊在論文中解釋道。“氯碘基鈣鈦礦薄膜中的離子遷移可能會出現(xiàn)原子空位或原子堆積等局部缺陷。”
所討論的活性鈣鈦礦層由 60% 的甲酰胺 (FA) 和 40% 的甲銨 (MA) 組成，其中鹵化物濃度為 10% 的氯 (Cl) 和 90% 的碘 (I)，最終公式為 FA0.6MA0.4PbI2.7Cl0.3。
在活性層下方，有一層氧化錫 (SnoO2) 電子傳輸層 (ETL) 沉積在氧化銦錫 (ITO) 上，用作前電極?？昭▊鬏攲?(HTL) 沉積在吸收層頂部，該吸收層基于一種稱為 2,2′,7,7′-四-(N,N-二-4-甲氧基苯基氨基)-9,9′-螺二芴的鈣鈦礦材料。Spiro-OMeTAD 用于空穴傳輸層 (HTL)，銀 (Ag) 沉積作為背面電極。
“從我們之前的論文中，我們發(fā)現(xiàn)在氯碘化鈣鈦礦和二氯化錫 (SnO2) ETL 的界面之間存在一種獨特的三氯化錫(SnCl2)自形成現(xiàn)象，”學(xué)者們解釋道。“在自形成過程中，來自 ETL 的 Sn2+ 離子和來自鈣鈦礦的 Cl- 離子向埋層界面遷移。同時，我們發(fā)現(xiàn) I- 離子向相反的界面遷移。從這個現(xiàn)象中可以看出，氯碘化鈣鈦礦薄膜的主體缺少 Cl- 和 I- 離子。因此，我們需要用鹵素鈍化氯碘化鈣鈦礦薄膜的主體。同時，我們還需要鈍化鈣鈦礦/HTL 界面。”
為了解決這一產(chǎn)生缺陷的問題，該團隊在 HTL 頂部沉積了兩種鈍化劑，即 4-氯芐基氯化銨 (Cl) 和 4-氯芐基溴化銨 (Br)。他們在上述電池結(jié)構(gòu)中測試了這兩種鈍化劑的三種組合 - 50% Cl 和 50% Br;75% Cl 和 25% Br;以及 100% Cl 和 0% Br - 并與沒有任何鈍化劑的對照物進行了比較。
75% Cl & 25% Br 表現(xiàn)最佳，冠軍電池的功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE) 為 21%，而對照電池的功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE) 為 18.31%。75% Cl & 25% Br 電池的開路電壓 (Voc) 為 1.12 V，短路電流密度 (Jsc) 為 25.69 mA/cm2，填充因子 (FF) 為 72.78%。對照電池的功率轉(zhuǎn)換效率分別為 1.06 V、24.37 mA/cm2 和 70.91%。
50% Cl & 50% Br 冠軍電池的 PCE 為 19.81%，而 100% Cl & 0% Br 冠軍電池的 PCE 為 19.23%。前者的 Voc 為 1.12 V，Jsc 為 24.61 mA/cm2，F(xiàn)F 為 71.80%，而后者的 Voc、Jsc 和 FF 分別為 1.07 V、24.67 mA/cm2 和 72.65%。
“當(dāng)我們比較兩種電池(對照電池和冠軍電池)的穩(wěn)定性時，樣品是在沒有封裝的情況下進行測試的。我們發(fā)現(xiàn)，在約 672 小時后，對照電池的 PCE 可以保留其初始效率的約 78%，而冠軍電池的 PCE 可以保留其初始效率的約 88%”，該科學(xué)小組補充道。“這是由于鈣鈦礦/HTL 界面處有大量有機陽離子，可以保護水分。”
研究結(jié)果發(fā)表在《太陽能》雜志上，題為《用氯芐基銨鹵化物鈍化氯碘化鈣鈦礦太陽能電池的缺陷》。
