无机钙钛矿太阳能电池：光电转换效率可达14.4％

【引言】

有机－无机杂化钙钛矿太阳能电池因结构简单，能量转换率高，低成本以及温和条件制备等优点，备受学术界的关注。但其存在一个致命的弱点：光化学稳定性和热稳定性差。相比之下，无机钙钛矿材料因其优异的稳定性成为研究者们新的关注热点。但是由于其禁带宽度大，大大限制了其光电转换效率。在该研究中，作者设计分级带隙的无机钙钛矿薄膜，调整了薄膜不同位置的带隙，增大了薄膜厚度，钝化表面，减小了电荷复合，最终得到的器件VOC高达1．20V，JSC为15．25mA／cm2，FF78．7％，光电转换效率为14．4％。这是目前已知的无机钙钛矿太阳能电池的最高效率。

【成果简介】

近日，陕西师范大学靳志文博士和刘生忠教授（共同通讯作者），硕士生边慧和白东良（共同一作）在Joule上发表了一篇名为“GradedBandgapCsPbI2＋xBr1－xPerovskiteSolarCellswithaStabilizedEfficiencyof14．4％”的文章。在这次研究中，作者设计分级带隙的无机钙钛矿薄膜。研究表明，分级带隙设计可以有效的调整薄膜不同位置的带隙，增大了薄膜厚度，新增了吸光效率，钝化了表面，减小了电荷复合，最终器件光电转换效率和稳定性都有一定的提高。

【图文简介】

图一：器件结构图和分级带隙设计的研究

（a）器件的结构示意图；

（b）器件的能级示意图；

图二：Mn离子掺杂CsPbI3QDs的表征

（a）掺杂Mn的CsPbI3QDs的TEM图；

（b）掺杂Mn的CsPbI3QDs的HRTEM图；

（c）＆（d）掺杂Mn的CsPbI3QDs的XRD图；

（e）掺杂Mn的CsPbI3QDs的XPS图谱；

（f）SCN－离子处理CsPbI3QDs的原理图；

（g）不同条件处理CsPbI3QDs的红外图谱；

图三：CsPbI3QDs和CsPbI2Br电池的性能

CsPbI3QDs钙钛矿太阳能电池：

（a）SEM图和SEM截面图；

（b）改性前与改性后器件的J－V曲线；

（c）器件的EQE曲线；

CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池：

（d）SEM图和SEM截面图；

（e）器件的J－V曲线；

（f）器件的EQE曲线；

图四：CsPbBrI2／CsPbI3QDs分级能级器件的性能

（a）不同器件的吸收图；

（b）用乙酸乙酯处理不同时间CsPbI3QDs的吸收图；

（c）不同薄膜厚度CsPbI3QDs的吸收图；

（d）表面垂直成分剖面的XPS图；

（e）用乙酸乙酯处理的表面垂直成分剖面的XPS图；

（f）吸收的结构示意图；

（g）CsPbBrI2／CsPbI3QD器件的J－V曲线；

（h）CsPbBrI2／CsPbI3QD器件的EQE曲线．

图五：最优器件的性能

（a）CsPbI3QD厚度随器件性能的变化；

（b）器件的稳态测试；

（c）－（f）不同参数的统计数据。

【小结】

研究表明，作者设计分级带隙的无机钙钛矿薄膜，调整了薄膜不同位置的带隙，增大了薄膜厚度，钝化表面，光电转换效率可达14．4％。这是目前已知的无机钙钛矿太阳能电池的最高效率。