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Solar RRL:亚锡纯化提升锡基钙钛矿太阳能电池效率

系统研究了锡基钙钛矿(FASnI3,FA: HN = CHNH3+)前驱液中不同Sn4+含量对钙钛矿电池效率的影响。

近年来快速发展起来的有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池具有材料成本低廉、制备工艺简单以及能量转换效率高等优点,获得了科研工作者的广泛关注,电池的能量转换效率已从初始的3.8%跃升至23.6%。但是,真正要实现大规模工业化生产,还需要解决大面积制备、稳定性和铅毒性等问题。迄今高效钙钛矿太阳能电池的吸光材料均为毒性的铅基钙钛矿,其中铅的取代势在必行。从目前文献报道的效率发展趋势来看,锡(Sn)元素最有希望取代铅元素。但是锡基钙钛矿中的Sn2+易氧化,在合成或保存过程中均可能引入Sn4+,且由此产生的缺陷形成能低,而导致钙钛矿材料总是表现出重度p型掺杂的性质,背景载流子浓度大,不利于器件性能的提升。

Solar RRL:亚锡纯化提升锡基钙钛矿太阳能电池效率

最近,北京大学化学与分子工程学院黄春辉课题组系统研究了锡基钙钛矿(FASnI3,FA: HN = CHNH3+)前驱液中不同Sn4+含量对钙钛矿电池效率的影响。

他们使用单质锡粉对锡基钙钛矿制备中的低纯度(99%)SnI2进行还原纯化,将其中的Sn4+还原为Sn2+。随着还原过程中Sn4+含量的减少,所制得的锡基钙钛矿薄膜中缺陷态浓度降低,非辐射复合过程明显减少,薄膜表现出更强的光致发光强度和更长的载流子寿命。

Solar RRL:亚锡纯化提升锡基钙钛矿太阳能电池效率

相应地,基于FASnI3的太阳能电池效率得到了很大的提升,最优器件表现出了6.75%的最高光电转化效率,其开路电压Voc为0.58 V,短路电流Jsc为17.5 mA cm−2, 填充因子FF为66.3%。这是目前文献报道中仅以SnF2作为添加剂的FASnI3钙钛矿太阳能电池的效率最高值。未封装的电池保存在手套箱中860 h之后仍有初始90%的效率。对于纯度为99.999%的SnI2进行类似的处理后,所制备的器件效率也有一定的提升。

光电器件的性能表现与原料纯度密切相关。我们的工作表明原料中微量Sn4+的存在对器件性能也有很大影响,利用锡粉还原纯化原料方法相对简单,能够显著提高器件的效率和制备的重现性。

相关工作发表在Solar RRLDOI: 10.1002/solr.201800136)上。

 

文献连接:Gu F, Ye S, Zhao Z, et al. Improving Performance of Lead‐Free Formamidinium Tin Triiodide Perovskite Solar Cells by Tin Source Purification[J]. Solar RRL, 1800136.

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