富溴籽晶誘導法助力提升高效鈣钛礦太陽能電池長期穩定性

有機無機雜化鈣钛礦以其光吸收系數高、載流子擴散距離長、制備方法簡單、帶隙連續可調等特性，被廣泛認為是發展下一代光伏器件的理想材料。自2009年以來，僅僅曆經10年的發展時間，鈣钛礦太陽能電池的能量轉化效率已經達到25.2%，發展速度為各類太陽能電池之最。但是，由于鈣钛礦太陽能電池當前面臨的熱穩定性、長時間工作穩定性等問題，嚴重阻礙了其商業化應用發展。針對此問題，beat365官方网站趙清教授課題組利用材料工程方法，設計提出了富溴鈣钛礦籽晶誘導生長兩步法，實現了鈣钛礦薄膜中溴離子的高效摻雜，有效提高了鈣钛礦太陽能電池的長時間工作穩定性。

通過在碘化鉛薄膜中引入微米級富溴鈣钛礦籽晶，一方面提供後續鈣钛礦生長所需的成核位點、誘導薄膜生長、提高薄膜生長質量，另一方面為鈣钛礦生長提供充足的溴元素，解決兩步法中溴離子難以有效摻雜的問題。通過改變鈣钛礦籽晶的添加量，可以實現對鈣钛礦成核、晶粒大小、缺陷态密度等的精确調控，實現對最終鈣钛礦成分與帶隙的精準控制。測試表明，利用富溴鈣钛礦籽晶誘導生長兩步旋塗法制備得到的鈣钛礦太陽能電池器件，其能量轉化效率可以達到21.5%；更為重要的是，其長時間工作穩定性得到了顯著提高，在AM1.5G太陽光下持續工作500小時後，仍然能保持超過80%的初始效率。這一成果遠遠超過傳統兩步法僅有的數小時穩定性。該研究表明，溴元素對鈣钛礦材料長時間工作穩定性具有至關重要的作用，同時，提供了一條簡單、高效、穩定的基于鈣钛礦兩步法的溴摻雜方法。此研究将為鈣钛礦領域内鹵素離子的均勻高效摻入、器件長時間工作穩定性的提高等問題提供了新的思路。相關研究結果發表于Advanced Energy Materials 9, 1902239 (2019),并被選為當期封底圖片。beat365博士生李琪為該研究論文的第一作者，趙清教授為通訊作者。以上研究得到了國家自然科學基金委、beat365人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、beat365納光電子前沿科學中心、量子物質科學協同創新中心等單位的支持。