Science: 使用含氟聚合物提高鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性

【引語】?

由金屬鹵化物鈣鈦礦制備的光伏器件（鈣鈦礦太陽能電池，PSCs等）的能量轉換效率（PCE）可達22.1%。但由于它們在大氣環境或電應力（偏振）的作用下容易降解而限制了它們的使用。可以通過調整鈣鈦礦材料的形貌減小電應力的影響，但PSCs在潮濕環境中的穩定性問題仍有待解決。

北京時間9月29日，Science網站發布了一篇題為“Improving efficiency and stability of perovskite solar cells with photocurable fluoropolymers”的文章，通訊作者為意大利都靈理工大學的Federico Bella、米蘭理工大學的Gianmarco Griffini和洛桑聯邦理工大學的Anders Hagfeldt。該論文通過在器件表面涂覆涂層的方法提高器件在環境中的穩定性。

?【成果簡介】

?為了提高PSCs的穩定性，科學家們曾家有過很多提議，如：器件封裝等。器件的封裝通過疏水聚合物層阻止大氣中水分的滲透，但在光化學和熱應力下的穩定性差。不過，那些方法只能提高太陽能電池在空氣中的穩定性。考慮到在紫外輻照下的穩定性，由于溴化銫可作為電子收集層和鈣鈦礦吸收層之間的界面改性劑受到廣泛研究，但其耐潮濕和高溫性能仍有待證明。

Federico Bella等科學家提出使用下轉化發光（LDS）含氟聚合物涂層提高PSC的穩定性，這種涂層可以隔斷紫外線對裝置的輻照，并將紫外光轉換成可見光。研究發現，光電流增加了6%；在不影響化學性能和電性能的前提下可以使PCEs達到19%；疏水聚合物的形成提高了材料在潮濕環境下的耐受性。將該材料在不同的大氣條件和光化學應力下進行180天（4320小時）的老化試驗，材料表現出較好的穩定性和較高的PCEs。同時，由于這種涂層具有低表面能而表現出耐塵、易于清潔的優點。

?【圖文導讀】

?圖1：LDS-PSC集成系統

（A）涂層防紫外線原理圖；

（B）UV涂層歸一化的吸收和發射光譜，和PSC器件的IPCE響應；

（C）鍍膜沉積之前，PSC的FESEM圖；

（D）UV涂層在紫外燈照射下的照片。

圖2：PSCs的IPCE圖

（A）涂層加載不同重量(0到2 wt%)的V570的IPCE圖；（B）入射光低于420nm時的IPCE圖。

圖3：器件的光伏特性

（A）PSC在涂覆涂層前后的J-V圖，虛線代表反向掃面；（B）相同PSCs的IPCE圖。

圖4：LDS-PSC體系的老化實驗結果圖

?三個系列（無涂層、前面有涂層、前后均有涂層）（A）PSCs的老化實驗結果圖；（B）三個系列的PSCs經過6個月老化實驗后的XRD；（C）前后均有涂層的PSCs在室外環境下經過3個月老化實驗后的結果圖。

?【總結】

該論文使用快速光誘導的自由基聚合反應產生的含氟聚合物作為涂層，使材料在室溫下易清洗、穩定性高，并形成對抗環境的疏水屏障。

文獻鏈接：Improving efficiency and stability of perovskite solar cells with photocurable fluoropolymers (Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aah4046)

本文由材料人編輯部納米組朱曉秀供稿，材料牛編輯整理。

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