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大牛Sang Il Seok團隊最新Science：鈣鈦礦又獲新進展！利用固有帶隙的α-相甲脒碘化鉛制備高效、穩(wěn)定的太陽能電池

來源：本站時間：2019-11-26 18:29:35 瀏覽：12308次

【背景介紹】

眾所周知，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）可以通過更窄的帶隙吸收更寬的太陽光，具有更高的能量轉換效率（PCEs）。在鹵化鉛鈣鈦礦（LHPs）中，基于甲脒（FA）的三碘化鉛（FAPbI₃）具有最窄的帶隙。同時，由于其分解溫度較高，相較于MAPbI₃（MA為甲胺），F(xiàn)APbI₃也具有更好的熱穩(wěn)定性。

然而，在室溫條件下，F(xiàn)APbI₃就很容易從理想的α-相轉變成不理想的寬禁帶δ相，具有六邊形對稱性。因此，α-相的甲脒碘化鉛（α-FAPbI₃）具有合適的禁帶寬度，但是其相穩(wěn)定性并不好，亟需改進！

目前，通常采取在室溫下?lián)诫s的方式提高α-FAPbI₃相的穩(wěn)定性。而常用的摻雜劑往往是混合的陰、陽離子，例如甲脒（FA⁺）、甲胺（MA⁺）、銫離子（Cs⁺）、碘離子（I^-）和溴離子（Br^-）等。但是向α-FAPbI₃中引入摻雜劑后，通常會出現(xiàn)α-FAPbI₃的禁帶變寬、熱穩(wěn)定性變差等問題。因此，需要開發(fā)新的策略，使得在α-FAPbI₃的禁帶寬度和熱穩(wěn)定性保持不變的情況下，同時提高α-FAPbI₃相的穩(wěn)定性。

【成果簡介】

今日，韓國蔚山科學技術大學（UNIST）的Sang Il Seok教授（通訊作者）團隊報道了他們通過向α-FAPbI₃中摻雜二氯化亞甲基二胺（MDACl₂），在保持了α-FAPbI₃禁帶寬度和熱穩(wěn)定性前提下，成功穩(wěn)定了α-FAPbI₃相。并且其短路電流密度也達得了26.1-26.7 mA/cm²，能量轉換效率（PCEs）達到了23.7％。

在室溫和全日光照射（含紫外光）下，該鈣鈦礦太陽能電池在連續(xù)運行600 h后，其PCEs仍可達到90％的初始效率。對比MAPbBr₃穩(wěn)定的FAPbI₃，MDACl₂穩(wěn)定的FAPbI₃在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和濕度穩(wěn)定性。將基于MDACl₂穩(wěn)定的FAPbI₃的未封裝PSCs暴露在空氣中，并在150℃下保溫20 h后，該器件的PCE仍保留了其初始的90％以上。

研究成果以題目為“Efficient, stable solar cells by using inherent bandgap of a-phase formamidinium lead iodide”發(fā)表在國際頂級期刊Science上。

【圖文速遞】

圖一、FAPbI₃: xMDACl₂ (x=0、1.9、3.8和5.7mol%)的制備與表征

圖二、基于FAPbI₃: xMDACl₂ (x=0、1.9、3.8和5.7mol%)的PSCs器件性能

圖三、向FAPbI₃中摻雜MDACl₂導致的缺陷和Cl^-的變化

圖四、基于FAPbI₃: xMDACl₂的PSCs的長循環(huán)穩(wěn)定性

文獻鏈接：Efficient, stable solar cells by using inherent bandgap of a-phase formamidinium lead iodide. (Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aay7044)

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