通过调节饱和暗电流密度制备高性能锡-铅基窄带隙钙钛矿太阳能电池

近年来钙钛矿太阳能电池发展火热。由于其制备工艺简单、原材料价廉以及光电转化效率高等优点，具有很大的发展潜力。相比较于传统的1.5~1.6 eV带隙宽度的铅基钙钛矿电池，锡-铅复合的1.2~1.3 eV窄带隙的钙钛矿电池具有更高的理论极限效率和适合的带隙宽度，其有助于叠层太阳能电池的构筑，以突破单结电池的理论极限效率。近日，美国托莱多大学（University of Toledo）的赵德威博士和鄢炎发教授团队制备了基于锡-铅基窄带隙钙钛矿太阳能电池，获得了880 mV开路电压以及大于19%光电转换效率的器件性能，为目前所报道的窄带隙钙钛矿太阳能电池的最高效率。本文发表在Wiley旗下的Advanced Energy Materials 上。

锡-铅基窄带隙钙钛矿太阳能电池具有较高的理论极限效率值，而目前所报道的窄带隙钙钛矿太阳能电池的器件性能与常规带隙铅基钙钛矿电池相比还有不少差距。本文作者通过原子力显微镜以及开尔文探针力显微镜发现，锡-铅复合的钙钛矿薄膜晶界处的电流密度很大，从而导致晶界处的载流子复合严重。此外，根据Diode Equation:

当饱和暗电流密度（J₀）过大且光生电流密度（J_sc）固定时，开路电压（V_oc）随之降低。从而，钙钛矿晶界处的过大暗电流密度是限制锡-铅基电池性能的主要原因之一。因此，钝化晶界，控制器件的J₀对获得高性能的锡-铅基窄带隙电池至关重要。

本文作者经研究发现，通过适量卤素元素溴（Br）的掺杂能够很好钝化锡-铅基钙钛矿晶界处的缺陷，降低器件J₀的数值，从而达到提高器件性能的目的。而过多的Br掺杂会引起多数载流子密度降低以及增加Urbach energy的不良后果。本文通过对Br比例的优化，发现当加入6%Br的掺杂时可以使得器件J₀的量级从10^-5降低3到4个数量级，减小到10^-9量级。掺杂后的锡-铅钙钛矿太阳能电池器件获得了880 mV的超高开路电压及0.384 V的低电压亏损，并最终首次获得了大于19%光电转化效率的锡-铅基窄带隙钙钛矿太阳能电池。

文章的通讯作者为赵德威教授（现为南昌大学教授）和鄢炎发教授，第一作者是美国University of Toledo博士研究生李崇文。

该论文作者为：Chongwen Li, Zhaoning Song, Dewei Zhao, Chuanxiao Xiao, Biwas Subedi, Niraj Shrestha, Maxwell M. Junda, Changlei Wang, Chun-Sheng Jiang, Mowafak Al-Jassim, Randy J. Ellingson, Nikolas J. Podraza, Kai Zhu, Yanfa Yan

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Reducing Saturation‐Current Density to Realize High‐Efficiency Low‐Bandgap Mixed Tin–Lead Halide Perovskite Solar Cells

Adv. Energy Mater., 2018, 9, 1803135, DOI: 10.1002/aenm.201803135

导师介绍

鄢炎发

https://www.x-mol.com/university/faculty/39449