中科院物理所：全无机钙钛矿太阳能电池研究取 - 太阳能学报杂志社投稿

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中科院物理所：全无机钙钛矿太阳能电池研究取

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近年来，以CsPbI3为代表的全无机钙钛矿吸光材料具有优异的热稳定性和光电稳定性，其1.7 eV的带隙是高效钙钛矿/硅串联太阳能电池的理想选择。因此，全无机CsPbI3钙钛矿太阳能电池成为新型薄膜太阳能电池的新研究热点，受到广泛关注。目前全无机CsPbI3钙钛矿吸收层缺陷密度较高，非辐射电荷复合使电池开路电压损失较大，导致电池效率较低。提高薄膜的结晶质量以降低其缺陷密度对于进一步提高此类器件的性能具有重要意义。

基于此，中科院物理所清洁能源实验室孟庆波团队（E02组）/北京国家凝聚态物理研究中心开发了一系列体和界面制备高质量全无机钙钛矿薄膜的控制方法，进而获得高性能太阳能电池，并取得了一系列研究进展。例如，利用溶剂工程方法成功制备高效稳定的全无机杂化卤素钙钛矿太阳能电池（J. Mater. Chem. A, 2018, 6, ）；使用无机卤化铵添加剂配位策略制备高效稳定的全无机 CsPbI3 钙钛矿太阳能电池（Adv. Funct. Mater. 2021, 31, ）。

图 1. UAT 控制的 CsPbI3 薄膜的结晶机理解释：(a) UAT 的阳离子结构与不同合成比例示意图； (b) 钙钛矿晶粒生长和原子相互作用示意图。

最近，该团队为全无机CsPbI3钙钛矿太阳能电池开发了一种尿素硫氰酸铵（UAT）熔盐控制策略。通过充分释放和利用SCN-根的配位活性，制备出高结晶质量的CsPbI3薄膜，获得高效稳定的全无机钙钛矿太阳能电池。其中，UAT是通过NH4SCN中的NH4+与尿素之间的氢键相互作用合成的。研究发现，UAT的引入可以显着提高CsPbI3薄膜的结晶质量，显着抑制薄膜缺陷和非辐射电荷复合。基于以上优点，全无机钙钛矿太阳能电池的效率提高到20%以上。更重要的是，基于该方法制备的器件具有优异的工作稳定性，在稳定光和恒定偏置电压下连续工作1000小时未见性能下降。

图2. 太阳能电池性能表征：(a) 最佳电池器件的电流-电压特性曲线； (b) 最佳电池装置的外量子效率； (c) 最佳电池装置的稳态效率测试； (d) 最佳电池装置连续运行1000小时稳定性测试； (e) 最好的设备（未封装）具有稳定的环境性测试结果。

图 3. 孟庆波团队在全无机钙钛矿太阳能电池方面的最新进展及后续的全无机电池认证的有效性。

题为“Efficient (> 20%) and Stable All-Inorganic Cesium Lead Triiodide Solar Cell Enabled by Thiocyanate Molten Salts”的作品发表在Angewandte Chemie International Edition (Angew. Chem. Int. Ed. 2021) , 60, )。物理所博士生于秉诚、石江健为论文共同第一作者，物理所研究员李冬梅、孟庆波为论文通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金（、、和）和科技部（2018YFB）的支持。

基于这项工作，团队进一步将全无机CsPbI3太阳能电池的效率提高到21%以上，并获得了20.1%的第三方认证效率。目前两者都是全无机钙钛矿太阳能电池。电池系统的最高价值。上述工作为CsPbI3全无机钙钛矿电池/硅串联太阳能电池的进一步产业化发展奠定了坚实的基础。

来源：中国科学院物理研究所

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文章来源：《太阳能学报》网址: http://www.tynxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0707/1255.html