暨南大学麦耀华团队JACS：基于CsPbI2Br全无机钙钛矿太阳电池效率突破13%

引言

目前，有机-无机杂化钙钛矿太阳电池取得了22.7%的能量转换效率^1-3，但是稳定性问题仍然阻碍了其进一步的产业化进程。而全无机钙钛矿太阳电池中各功能层都拥有较好的热稳定性，制备高效、稳定的新型全无机钙钛矿太阳电池是解决有机-无机杂化钙钛矿太阳电池稳定性的重要手段。

成果简介

近日，暨南大学新能源技术研究院麦耀华教授团队的论文“All-Inorganic CsPbI₂Br Perovskite Solar Cells with High Efficiency Exceeding 13%”在《美国化学会志》杂志上发表。《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, JACS）是材料与化学的权威杂志，影响因子为13.858。暨南大学新能源技术研究院范建东教授和麦耀华教授为文章共同通讯作者，博士生刘冲与副研究员李闻哲为共同第一作者。

该研究得到广东省高水平大学建设经费的资助，同时也得到国家自然科学基金委面上项目(51672111)、暨南大学科研培育与创新基金青年基金项目(21617341)的支持。

暨南大学新能源技术研究院是以国家“千人计划”特聘专家麦耀华教授为学术带头人，为打造高水平新能源技术创新研发平台而成立的研究团队。新能源技术研究院以技术创新和人才培养为工作重心，通过面向产业化的前沿技术研发、科研成果转化和创新型人才培养，推动学科建设和新能源产业的发展。目前，研究院有专职科研人员12名，拥有包括PECVD、溅射和SEM、XRD等大型材料与器件的制备与表征设备50余台（套），主要开展高效率晶体硅太阳电池、化合物薄膜太阳电池、钙钛矿太阳电池、锂电池和光伏系统等方向的研究。

本文亮点

该研究工作采用两步控温的方法，制备了高致密、全覆盖的CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜，并将ZnO@C₆₀双电子传输层结构引用于器件中，该结构比单层ZnO或C₆₀具有更强的电子提取能力，以及更低的界面缺陷态密度。最终，基于FTO/NiO_x/CsPbI₂Br/ZnO@C₆₀/Ag结构的全无机钙钛矿太阳电池经优化后取得了超过13%的能量转换效率，1000s内持续12%的光稳定输出效率，并且在85℃下加热360h，其效率仅损失20%。该研究工作为进一步解决钙钛矿太阳电池稳定性问题提出了新的思路和方案。

图文导读

图1. CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜调控

通过精准的控制薄膜退火过程，监控薄膜在两步控温过程中的生长动力学过程，制备出高致密、全覆盖的钙钛矿薄膜。

(a)薄膜生长中XRD的演变过程

(b)两步升温方法制备CsPbI₂Br示意图

(c)所制备CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜的表面形貌

图2. ZnO@C₆₀双电子传输层表征

ZnO@C₆₀双电子传输层相较于单层ZnO或C₆₀具有更强的电子提取能力，以及更低的界面缺陷态密度。

(a)基于ZnO@C₆₀双电子传输层器件的截面SEM图

(b)选区的EDS线扫描

(c)三种电子传输层的电子萃取能带图

(d)三种电子传输层电子萃取能力的TRPL图

图3.全无机钙钛矿太阳电池器件的器件性能

基于ZnO@C₆₀双电子传输层的钙钛矿太阳电池器件相较于ZnO或C₆₀单电子传输层的钙钛矿太阳电池器件，其能量转换效率得到了显著的提升，最高达到13.3%，并且1000s光稳定输出效率达到12%，在85℃下加热360h，其效率仅损失20%。

(a)基于不同电子传输层的电池器件的效率统计

(b)基于ZnO@C₆₀双电子传输层的太阳电池的最佳器件效率

(c)最佳效率器件对应的外量子效率测试

(d)全无机钙钛矿太阳电池器件与有机-无机杂化钙钛矿太阳电池器件在85℃持续加热下的稳定化效率测试

展望

该研究工作制备了高质量的CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜，并在此基础上提出了ZnO@C₆₀双电子传输层，有效的增强了电子的萃取能力，并且降低了界面的缺陷态密度，提升了全无机钙钛矿太阳电池器件的效率。此外，该工作提出的全无机钙钛矿太阳电池相较于传统的有机-无机杂化钙钛矿太阳电池表现出更优的热稳定性。该研究工作为进一步解决钙钛矿太阳电池的稳定性问题提出了新的思路和方法。

参考文献

[1] Kojima A, Teshima K, Shirai Y, Miyasaka T, J. Am. Chem. Soc, 2009, 131, 6050

[2] Yang W S, Noh J H, Jeon N J, Kim Y C, Ryu S, Seo J, Seok S I. Science,2015, 348, 1234

[3] https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.png.

文章链接：All-Inorganic CsPbI₂Br Perovskite Solar Cells with High Efficiency Exceeding 13%（J.Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.7b13229）

本文由暨南大学麦耀华团队提供，特此感谢！

材料牛网专注于跟踪材料领域科技及行业进展，如果您对于跟踪材料领域科技进展，解读高水平文章或是评述行业有兴趣，点我加入编辑部。欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。

仪器设备、试剂耗材、材料测试、数据分析，找材料人、上测试谷！