【摘要】

添加劑廣泛應(yīng)用于高效、穩(wěn)定、無遲滯的鈣鈦礦太陽能電池，在鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的各種突破中發(fā)揮著重要作用。華科大梅安意副教授、韓宏偉教授等綜述了用于PSC的各種添加劑，闡述了它們的作用機理及對器件性能的影響。綜述了添加劑的主要作用、鈣鈦礦薄膜形貌的調(diào)控、甲脒和銫基鈣鈦礦的穩(wěn)定相、PSC中能級的調(diào)整、抑制鈣鈦礦中的非輻射復(fù)合、消除遲滯、提高PSC的工作穩(wěn)定性。文章發(fā)表在國際著名期刊Adv. Energ. Mater.上，題目為“A Review on Additives for Halide Perovskite Solar Cells”

【圖文簡介】

圖1.添加劑對前驅(qū)體膠體化學(xué)及薄膜形貌的影響

圖2.添加劑通過與鈣鈦礦和基體的相互作用來調(diào)節(jié)鈣鈦礦薄膜的形貌

圖3.添加劑誘導(dǎo)的中間相及其對薄膜形貌的影響

圖4.不同添加劑后處理對薄膜形貌和器件性能的影響

圖5.用各種添加劑穩(wěn)定FA基鈣鈦礦相

圖6.大型陽離子添加劑穩(wěn)定fa基鈣鈦礦相

圖7.用大的陽離子添加劑穩(wěn)定Cs基鈣鈦礦相

圖8.添加劑對鈣鈦礦能級及器件性能的影響

圖9.用陽離子或陰離子添加劑抑制非輻射復(fù)合

圖10.路易斯堿和路易斯酸添加劑抑制非輻射復(fù)合

圖11.用I3-添加劑降低體缺陷密度

圖12.用KI或PCBM添加劑消除遲滯

圖13.通過疏水部分提高添加劑的水分穩(wěn)定性

圖14.用大的陽離子添加劑抑制離子遷移，提高PSC的運行穩(wěn)定性

圖15.用氟添加劑抑制離子遷移提高PSC的工作穩(wěn)定性

圖16.用Eu3+–Eu2+離子對添加劑提高PSC的工作穩(wěn)定性

【總結(jié)與展望】

為了獲得高效、穩(wěn)定、無遲滯的鈣鈦礦太陽電池（PSC），研究者做了大量的嘗試。添加劑顯示出巨大的潛力來實現(xiàn)這一目標(biāo)，并廣泛應(yīng)用于PSC。綜述了用于PSC的各種添加劑，總結(jié)了其作為形貌調(diào)制、相位穩(wěn)定、能級調(diào)節(jié)、缺陷鈍化、磁滯消除和器件穩(wěn)定的作用機理。添加劑可以通過影響前驅(qū)體中的膠體尺寸、形成成核的中間產(chǎn)物、在基底上模板化生長、誘導(dǎo)晶粒尺寸粗化和抑制溶液流動來調(diào)節(jié)鈣鈦礦薄膜的形貌，從而獲得最高的23.48%的認(rèn)證效率和快速的上尺度沉積方法。添加劑通過誘導(dǎo)晶格氫鍵、調(diào)節(jié)容限因子或調(diào)節(jié)表面能等途徑，對穩(wěn)定FAPbI3鈣鈦礦和CsPbI3鈣鈦礦相具有潛在的作用。通過調(diào)節(jié)鈣鈦礦的能級位置，還可以通過添加添加劑來調(diào)整PSCS的能級取向以改善其性能。此外，添加劑通過晶界或表面的離子鍵或配位鍵進行配位，可以抑制非輻射復(fù)合，抑制離子遷移，保護鈣鈦礦不受損傷，從而提高開路電壓，消除磁滯現(xiàn)象，顯著提高操作穩(wěn)定性。

雖然PSC的效率已經(jīng)提高到25%以上，但進一步提高其單結(jié)電池理論Shockley-Queisser（S-Q）效率極限30%以上的效率，提高其商業(yè)應(yīng)用的穩(wěn)定性值得更多的嘗試。形態(tài)學(xué)仍然是基礎(chǔ)。通過制備鈣鈦礦前驅(qū)體固溶體制備單晶或高取向鈣鈦礦薄膜的添加劑輔助方法具有廣闊的應(yīng)用前景。一旦薄膜質(zhì)量好，晶界與基體垂直，就可以開發(fā)添加劑來鈍化晶界上的陷阱，防止晶界通過強鍵分解，從而在不犧牲一個晶粒中電荷輸運能力的情況下獲得更高的效率和穩(wěn)定性。考慮到具有較窄禁帶的鈣鈦礦具有較高的S-Q效率極限，穩(wěn)定FA基鈣鈦礦的相，而不吸收藍移，使Pb-Sn混合鈣鈦礦通過添加劑穩(wěn)定氧化具有重要意義。此外，對于鈣鈦礦薄膜中殘留的添加劑，深入研究其對鈣鈦礦能級結(jié)構(gòu)和界面處能級彎曲的影響，有助于進一步闡明其對效率和磁滯的影響。

文獻鏈接：

A Review on Additives for Halide Perovskite Solar Cells, 2019, Adv. Energ. Mater., DOI: 10.1002/aenm. 201902492.

本文由金也供稿。