190304|PSCs系列-韩以科学家揭示过量PbI2改善PSCs性能机理!

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韩以科学家合作揭示过量碘化铅改善钙钛矿电池性能机理!

相关研究表明，钙钛矿薄膜中过量的碘化铅（PbI₂）可进一步提高钙钛矿电池效率，然而过量PbI_2­如何提升器件效率的潜在作用机理以及其在钙钛矿层中的位置和功能等细节尚不明晰。因而深入研究过量PbI₂在钙钛矿中的作用是制备更高光电转换效率的钙钛矿光伏器件的关键。

近日，韩国蔚山科学技术大学Sang π Seok教授研究团队联合以色列魏茨曼科技学院研究人员利用电子束诱导电流（EBIC）、掠入射广角X射线衍射（GIWAXS）等测试方法系统地研究了过量PbI₂对钙钛矿薄膜及其器件性能的影响，揭露了过量PbI₂对钙钛矿薄膜成膜质量。研究人员制备了两份钙钛矿前驱体，其中一份加入过量的PbI₂，随后利用旋涂法制备了PbI₂过量的钙钛矿薄膜（FAPbI₃）_0.85（MAPbBr₃）_0.15:PbI₂（命名为HaP-PbI₂）和非过量的钙钛矿薄膜HaP，并将两个薄膜分别作为光敏层组装电池。电池的EBIC测试结果显，PbI₂过量的钙钛矿薄膜载流子扩散程与非过量的薄膜载流子扩散程（扩散程长短与载流子寿命相关联，越长载流子寿命也越长）基本一致，约为7.5 μm，即过量的PbI₂对载流子的寿命没有影响。而通过对钙钛矿薄膜平面和截面的EBIC对比测试研究发现，PbI₂过量的钙钛矿薄膜HaP-PbI₂的EBIC信号较无过量的薄膜更强（EBIC信号强载流子复合就少），意味着过量PbI₂有效地减少了钙钛矿薄膜缺陷浓度，抑制了载流子复合。GIWAXS表征显示，相比HaP，HaP-PbI₂钙钛矿薄膜出现了择优的两个晶向[100]和[200]，意味晶粒更加有序，有助于载流子的传输收集。GIWAXS的2D模式进一步揭露了HaP-PbI₂钙钛矿薄膜出现了三种晶体衍射峰，分别为三方晶系的PbI₂、六方晶系和四方晶系的HaP，且顺序是由外到内，即过量的PbI₂包围着钙钛矿晶粒，这有利于有效改善钙钛矿电池的电荷传输，消除“迟滞”效应。综上分析，研究人员指出过量的PbI₂之所以能够改善钙钛矿电池性能的原因在于有效降低了钙钛矿薄膜的缺陷浓度，促进钙钛矿晶粒有序性并消除迟滞。

该项研究利用一系列先进的微观表征手段，系统研究了钙钛矿薄膜中过量的PbI₂改善薄膜的结晶质量和相应的器件性能的潜在作用机理，为设计开发高效钙钛矿太阳电池积累了关键的理论知识。相关研究成果发表在《Nature Communications》[1]。

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[1] Byung-wook Park, Nir Kedem, MichaelKulbak,, et al. Understanding how excesslead iodide precursor improves halide perovskite solar cell performance.Nature Communications. 2018, DOI:10.1038/s41467-018-05583-w

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源自-先进能源科技战略情报研究中心（CASEnergy）

发布时间： 2018年10月

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