又雙叒叕是鈣鈦礦，中科院半導體研究所游經碧研究員今日Science

【導讀】

聚焦鈣鈦礦太陽能電池的發展，其功率轉換效率（PCE）一直是全世界研究者關注的焦點。其中，有幾種策略可以提高鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的功率轉換效率，例如生長具有高結晶度的薄膜、摻雜陰離子、陽離子或兩者、設計電荷傳輸層，以及通用鈍化層的使用。以前的報告表明，PbI₂的第二階段對于獲得高性能水平至關重要。過量PbI₂無論是在鈣鈦礦薄膜的本體中還是在晶界處，都具有由I型能帶排列形成的鈍化效應。然而，過量的PbI₂過于活躍，會導致器件的不穩定和電流密度電壓（?J-V） 特性的大滯后。這兩個因素都可以歸因于PbI₂的光分解和增強的離子遷移。調控鈣鈦礦薄膜中過量的不穩定PbI₂以實現高效率至關重要。最近，研究者開發了一種配體調節方法來管理過量的PbI₂并成功提高了PCE（高達22%）和穩定性。

【成果掠影】

今日，中國科學院半導體研究所游經碧研究員團隊（通訊作者）通過RbCl摻雜將PbI₂轉化為非活性(PbI₂)₂RbCl化合物（PIRC），從而有效地穩定了鈣鈦礦相。基于這一策略，作者獲得了FAPbI₃（FA，甲酰胺）鈣鈦礦太陽能電池25.6%的認證PCE。設備存儲1000小時后保持其原始PCE值的96%，在85℃的條件下進行500小時熱穩定性測試后保持80%。具體來說，通過以前報告中使用的改進的兩步法沉積了純FAPbI₃，首先在襯底上生長PbI₂晶種層，同時將有機鹽甲脒碘化（FAI）溶液沉積在PbI₂上以通過退火擴散和形成鈣鈦礦。此外，為了改善鈣鈦礦結晶，將甲基氯化銨（MACl）添加到FAI溶液。與之前的報道相比，為了盡可能提高鈣鈦礦的熱穩定性并降低帶隙，本研究未使用傳統的有機鹽甲基碘化銨（MAI）或甲基溴化銨，且確認5%摩爾比的RbCl摻雜是器件性能的最佳條件。

相關研究成果以“Inactive (PbI₂)₂RbCl stabilizes perovskite films for efficient solar cells”為題發表在Science上。

【核心創新點】

1.用氯化銣（RbCl）摻雜可以產生被動非活性(PbI₂)₂RbCl相，穩定鈣鈦礦相并降低其帶隙；

2.器件能夠表現出25.6%的認證效率，并在85℃下運行500小時后保持該效率的80%。

【數據概覽】

圖一、鈣鈦礦上第二相(PbI₂)₂RbCl的微觀結構和形貌。

圖二、控制和PIRC鈣鈦礦薄膜的性質，包括離子傳輸、成分和光致發光。

圖三、器件特性和穩定性測試。

【成果啟示】

總而言之，本文展示的PCE從24.6%上升至25.6%，基于PIRC的器件幾乎沒有滯后，而控制器件則表現出明顯的滯后，且在實驗室測試的優化后最高PCE 為26.1%，該器件還表現出25.7%的效率和1200秒的穩定輸出，PCE分布的統計數據證實了結果的可重復性。在500小時的連續加熱下，器件保持80%的初始性能，而對照器件僅保留其初始PCE的50%。本研究提出的PIRC方法可以提高穩定性和器件效率，這將為鈣鈦礦太陽能電池的發展提供新的方向；也有可能用于其他光電器件，例如發光二極管和光電探測器。

文獻鏈接：“Inactive (PbI₂)₂RbCl stabilizes perovskite films for efficient solar cells”（Science，2022，10.1126/science.abp8873）

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