武汉理工与瑞士洛桑联邦理工Joule：基于铕掺杂的CsPbI2Br的高效稳定无机钙钛矿太阳能电池

【成果简介】

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池在2018年的认证最新光电转换效率已达23.3%，成为可与硅电池媲美的新型太阳能电池。受限于钙钛矿中有机组分的对热不稳定，全无机钙钛矿（CsPbX₃）可以从根本上解决该问题，但是低带隙全无机钙钛矿材料在室温下会从立方相（钙钛矿相）变成正交相（非钙钛矿相）而失去光学活性。这种相不稳定性是目前无机钙钛矿太阳能电池的发展瓶颈。

最近，武汉理工大学向万春副研究员团队和瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）王在伟博士，Anders Hagfeldt教授团队报道了一种基于铕掺杂的CsPbI₂Br全无机钙钛矿材料。他们采用固态核磁共振的方法从原子尺度进行表征，证明了铕进入钙钛矿八面体晶格中。该种全无机钙钛矿材料可以在相对湿度低于40%条件下稳定存在6个月以上。由它制备的无机钙钛矿太阳能电池具有13.71%的光电转换效率，稳定输出效率也保持在13.35%，开路电压达到1.27V。未封装的器件在连续标准光照下表现出良好的稳定性，在300小时内无衰减，在测试完成仅比初始效率降低了7%。该研究对高效稳定的无机钙钛矿太阳能电池的进一步发展有重要意义。相关成果以题为“Europium-Doped CsPbI₂Br for Stable and Highly Efficient Inorganic Perovskite Solar Cells”的文章发表在Cell Press旗下的能源旗舰期刊Joule。

图1 基于CsPb_0.95Eu_0.05I₂Br的无机钙钛矿太阳能电池的光电性能

图2 基于铕掺杂量的CsPbI₂Br的结构分析

图3 CsPbI₂Br 和 CsPb_0.95Eu_0.05I₂Br的形貌和光学性质表征

图4  CsPbI₂Br 和 CsPb_0.95Eu_0.05I₂Br的电荷复合机理和相应器件的稳定性

文献链接：Europium-Doped CsPbI2Br for Stable and Highly Efficient Inorganic Perovskite Solar Cells（Joule, 2018, DOI: 10.1016/j.joule.2018.10.008）

【团队介绍】

向万春：武汉理工大学副研究员。2010年于中国科学院化学研究所获得博士学位，2011至2014年在澳大利亚莫纳什大学工作，2014年7月起就职于武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，2017年至2018年在瑞士联邦理工学院(EPFL)光分子科学实验室Anders Hagfeldt教授课题组进行学术访问。研究领域是面向新型光电材料的制备、性能以及在有机-无机光伏器件等中的应用。在相关领域发表SCI论文40余篇，包括以通讯作者发表在能源领域顶级期刊的Joule, Energy & Environ. Sci以及ChemSusChem、Green Chem、J. Mater. Chem. A, Chem. Commun、Angew. Chem. In. Ed.等。获授权发明专利2项。研究成果曾被Energy & Environ. Sci.选为封面文章和热点文章等进行专题报道。共主持基金6项。

王在伟：2016年硕士毕业于中国科学院青岛生物能源与过程研究所，2017年至今为瑞士洛桑联邦理工学院攻读博士学位。主要研究方向为钙钛矿太阳能电池，先后以第一及共一作者身份在Joule, Angew. Chem. In. Ed, JACS 等期刊上发表多篇文章。

Anders Hagfeldt: 瑞士联邦理工学院光分子科学实验室主任，瑞典皇家科学院和工程院两院院士，欧洲科学院院士，化学领域汤森路透高被引科学家（前1%）。从事染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池以及太阳燃料等方面的研究和开发。发表文章400余篇，他引超过36,000次，H-index为94。

本文由作者团队供稿。

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