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    我国学者在钙钛矿电池稳定性研究方面取得进展

    日期 2020-10-19   来源:信息科学部   作者:孙玲 冯帅 朱广宇  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:61774046)等资助下,复旦大学詹义强研究员等合作团队在钙钛矿电池稳定性研究方面取得进展。研究成果以“气相辅助制备高效高稳定黑相甲脒铅碘钙钛矿太阳能电池(Vapor-assisted deposition of highly efficient, stable black-phase FAPbI3 perovskite solar cells)”为题,于2020年10月2日发表在《科学》(Science)上,论文链接:https://science.sciencemag.org/content/370/6512/eabb8985。

      金属卤化物钙钛矿是近年来被广泛关注的光电材料之一,可用于研制太阳能光伏电池、发光二极管(LED)、激光器和光电探测器等光电子器件。其中,甲脒铅碘钙钛矿(FAPbI3)因其良好的热稳定性和接近理想带隙等特点而备受瞩目,被视为最有潜力走向实用的材料之一。然而,FAPbI3在室温下会从光活性的黑相(α相)转变成非光活性的黄相(δ相),导致材料降解及电池稳定性等问题。因此,如何获得稳定的纯α-FAPbI3薄膜,提高该类电池的长期工作稳定性是该研究领域的国际难题。

      为破解这一难题,该团队深入研究了FAPbI3相变机理,创新性地开发了MASCN(硫氰酸甲基铵)气相辅助生长技术(图a),获得室温下稳定的α-FAPbI3,并制备了长期稳定的钙钛矿太阳能电池。基于气相辅助生长FAPbI3薄膜的平面型光伏电池,其光电转换效率超过23%,并在最大功率点追踪500小时后依然保持原有性能的90%以上,表明其工作状态的稳定性(图b)。采用MASCN气相辅助生长技术可在较低退火温度下(100°C)将FAPbI3从δ相完全转化为α相,且α-FAPbI3薄膜在500小时、85°C的加热老化实验测试中保持零衰减,表现出优异的热稳定性(图c)。除了光伏性能,实验测试结果表明,该材料也可以在低至0.75 V的开启电压下实现电致发光(图d)。

      该研究不仅有助于促进钙钛矿太阳能电池走向实用,也为钙钛矿材料在高效轻质光伏电池、新型LED和其它光电器件系统等领域应用奠定了基础。

    (a) 有机气相辅助沉积技术动力学过程示意图 (b) 500小时工作下器件性能曲线

    (c) 500小时、85°C加热老化条件下薄膜稳定性 (d) 器件实物图及电致发光特性曲线

    图 α-FAPbI3薄膜制备与器件特性示例