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效率超过12%的自修复锡基钙钛矿太阳能电池

刘志伟  王程博  卞祖强  黄春辉  
【摘要】:目前有机-无机杂化铅基钙钛矿太阳能电池的光电转化效率(PCE)已达到24.2%,但铅的毒性制约了其商业化应用。用锡替代铅是目前降低钙钛矿毒性最有效的方法,然而Sn~(2+)易被氧化成Sn~(4+),这会导致严重的p掺杂从而影响其光电转化效率。为了解决这一问题,我们选取盐酸苯肼作为添加剂掺入FASnI_3 (FA=NH_2CH=NH_2~+)。从理论上分析,肼基的引入可以将Sn~(4+)还原成Sn~(2+),降低缺陷态密度;苯基的引入能阻隔水氧;而氯的引入则可以调节带隙。通过XRD精修计算,我们发现随着盐酸苯肼掺杂量的增加,钙钛矿的晶格也随之增大,再结合红外光谱中C-H键和N-H键在2900 cm~(-1)和3200cm~(-1)处振动信号的减弱,我们认为部分苯肼阳离子成功地掺入到钙钛矿的晶格。通过系统地调节盐酸苯肼的掺杂量,我们得到了PCE最高为12.3%(认证效率)的锡基钙钛矿太阳能电池,且器件性能在手套箱中保存2300h不衰减。这是目前已知的非铅钙钛矿太阳能电池中最高的PCE和稳定性。而且,当将器件暴露在0.2个大气压的空气中10天后再放回到手套箱时,器件的PCE会从4.1%迅速恢复到初始值。因此,我们将盐酸苯肼称之为自修复缺陷态钝化剂。

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