有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的效率已经达到了25.5%。然而,杂化钙钛矿中的有机组分(甲氨和甲眯)在热力学上是不稳定的,光照、加热和高湿条件都会诱导有机组分缓慢挥发或分解,从而导致杂化钙钛矿吸光层降解失效。相比之下,基于无机阳离子(Cs+)的全无机钙钛矿(CsPbX3)能够避免有机组分的挥发,进而有望从根本上解决钙钛矿的组分稳定性问题。在全无机钙钛矿家族中,CsPbI2Br具有合适的带隙和结构稳定性,因此近年来引起了研究者的广泛关注。2019年CsPbI2Br钙钛矿太阳电池的效率已经达到了16.58%,但其开路电压较低,能量损失高达0.69 eV,效率远远落后于杂化钙钛矿太阳电池和无机CsPbI3钙钛矿太阳电池。因此,通过减少能量损失来提高CsPbI2Br钙钛矿太阳电池的开路电压和效率很有必要。近日,我院刘生忠教授和刘治科教授等人通过给无机钙钛矿补“钙”来获得高效CsPbI2Br钙钛矿电池的新方法,在钙钛矿前驱体溶液中引入少量 (0.5%) CaCl2达到同时提高CsPbI2Br钙钛矿太阳电池的开路电压、填充因子和效率的目的。CaCl2能够有效降低CsPbI2Br薄膜的结晶速率,降低薄膜的缺陷密度,增加薄膜的载流子寿命,并有效提升薄膜的费米能级,增大器件的内建电场,从而提高了CsPbI2Br钙钛矿太阳电池的开路电压。掺杂0.5% CaCl2的CsPbI2Br钙钛矿太阳电池的效率达到16.79%,开路电压为1.32 V,填充因子是83.29%。另外,未封装的CsPbI2Br钙钛矿太阳电池在空气中放置1080 h后,效率仍能保持其初始效率的90%,稳定性能优异。
这一成果近期以“Controlled n-Doping in Air-Stable CsPbI2Br Perovskite Solar Cells with a Record Efficiency of 16.79%”为题发表在Advanced Functional Materials上,我院硕士研究生韩玉和赵欢为论文的并列第一作者,刘生忠教授和刘治科教授为共同通讯作者。