太原理工大学 吴宇坤/郝玉英 AEM: 揭示聚丙烯腈在极低温度下对高效稳定的钙钛矿太阳能电池的作用

钙钛矿太阳能电池（PSCs）具有高比功率、出色的抗辐射能力以及与柔性基底的兼容性，因此被认为是近空间应用的理想候选材料。然而，低温循环对其长期稳定性提出了相当大的挑战。本文研究了PSCs的极低温光伏过程，并揭示了添加剂PAN（聚丙烯腈）的影响机制。研究发现，添加剂PAN可调节钙钛矿晶格应力，稳定钙钛矿晶格结构，从而延缓低温下的钙钛矿相变。此外，PAN还能改善钙钛矿的介电性能和离子迁移活化能，并在低温下有效钝化钙钛矿缺陷。因此，通过减轻激子效应和提高介电屏蔽效应，可有效提高低温下的载流子传输/提取/收集能力。得益于PAN的这些积极作用，PAN改性器件在150 K时达到了24.34%的最高效率，并在120 次热循环（290-130K）后保持了初始值的72%。此外，PAN改性柔性器件还具有出色的弯曲稳定性和热循环稳定性。这项研究为了解PSC的极低温光伏行为提供了深入的见解，证明了PAN添加剂策略在实现低温高效稳定PSC方面的潜力。

图文简介

a–c） 对照、PAN和AN修饰的PSC在290至90 K不同温度下的J−V曲线，步长为20 K。与温度有关的 d) VOC、e) JSC、f) FF和 g) PCE（对照、PAN和AN改性PSC）。

a )对照、PAN和AN修饰的PSCs的HI随温度的变化。b )最佳对照、PAN和AN修饰的PSCs在290 K下的J-V曲线。c )最佳对照、PAN和AN修饰的PSCs在最佳温度下的J-V曲线。分别在d ) 290 e ) 170 K和f ) 90 K温度下，对照组、PAN和AN修饰的PSCs进行MPP稳态功率输出。g-i )统计不同温度下对照、PAN和AN修饰的PSCs的PCE。

a )不同温度下对照、PAN和AN修饰的器件的电子迁移率。b )不同温度下对照、PAN和AN修饰的PSCs的归一化ηcc。c)从Mott-Schottky图中提取的内建电位(Vbi)和对照、PAN-和AN修饰的PSCs在不同温度下的VOC。从温度相关的PL光谱中提取温度相关的d )带隙能量(Eg)和e ) FWHM。f )对照组、PAN和AN修饰的钙钛矿薄膜的温度依赖的PL强度进行归一化积分，并对Eb进行拟合曲线。

a-c )对照、PAN和AN改性样品新鲜钙钛矿薄膜的全景环视系统SEM图像。d-f )模拟热循环操作老化的对照、PAN和AN改性钙钛矿薄膜的全景环视系统SEM图像。g )对照、PAN和AN改性PSCs的归一化温度循环测试。

a ) F-PSCs的器件结构。b )对照、PAN和AN修饰的F-PSCs的J-V曲线。c )对照、PAN和AN修饰的F-PSCs的归一化PCE与固定弯曲半径R = 5 mm的弯曲循环的函数关系。d )对照、PAN和AN修饰的F-PSCs在290至130 K之间的归一化温度循环测试。

论文信息

通讯作者：Yuying Hao,Yukun Wu