西北工业大学 王昆 Angew: 利用多功能乳酸乙吖啶, 实现效率超过21%的环境空气处理的倒置无机钙钛矿太阳能电池

全无机三碘化铯铅钙钛矿（CsPbI3）因其良好的热稳定性、显著的光电特性以及在串联太阳能电池中的适应性而受到越来越多的关注。然而，在制备薄膜的过程中，由于湿气会引起黑黄相变，因此通常需要在充满氮气的手套箱中严格控制湿度，这仍然是薄膜进一步商业化的一大障碍。在此，我们报告了一种有效的方法，即通过加入多功能乳酸乙脒（EAL）来减轻湿气侵袭，从而在环境条件下制造出高效的倒置（p-i-n）CsPbI3钙钛矿太阳能电池（PSCs）。研究表明，乳酸阴离子可加速CsPbI3的结晶，缩短薄膜制造过程中的受潮时间。同时，乙基吖啶阳离子中的共轭骨架和多个官能团能与I-和Pb2+相互作用，从而减少不需要的缺陷，稳定钙钛矿结构，促进薄膜中的电荷传输。此外，EAL的加入还能改善能量排列，从而有利于上下界面的电荷萃取。因此，器件的效率和稳定性得到极大提高，冠军效率达到21.08%。这甚至超过了在手套箱中制造的器件的最高值，创下了倒置无机PSCs的最高效率纪录。

图文简介

( a )环境空气中制备CsPbI3钙钛矿薄膜过程中EAL的影响示意图。( b )在200 ℃退火过程中，在不同时间拍摄的样品和目标CsPbI3薄膜的照片。( c-e ) EAL和EAL + CsPbI3薄膜的FTIR光谱。( f ) Pb 4f，( g ) I 3d和( h ) C 1s的XPS谱。

( a , c) SEM图像，( b、d) AFM图像，( e ) XRD图，和(f) 参考和目标CsPbI3薄膜的紫外-可见吸收光谱和Urbach能量（插图）。

( a )用于SCLC测量的空穴型器件的电流-电压曲线。( b )玻璃衬底上钙钛矿薄膜的稳态PL谱和( c )时间分辨PL谱。( d-e )表面电势图和( f )钙钛矿薄膜和目标薄膜的表面电势线轮廓。

( a )基于参考和目标CsPbI3薄膜的PSCs能级图。基于(b)参考和(c)目标过氧化物薄膜的器件的截面 SEM 图像。( d )参考和目标无机PSCs的J-V曲线。( e )总结了p-i-n型无机PSCs (红色点为p-i-n无机钙钛矿太阳能电池在环境空气中的PCE值)的代表性PCE值。( f )统计了20个器件的参考和目标CsPbI3PSCs的PCE结果。

( a )参考和目标CsPbI3PSCs的EQE曲线和积分光电流密度。(b) 参考器件和目标器件在MPP时的稳定光电流密度和功率输出。(c)随光照强度变化的开路电压。( d ) CsPbI3钙钛矿太阳能电池的奈奎斯特图和相应的等效电路。(e) 在连续光照下，参考器件和目标器件的MPP跟踪。( f )参考和目标CsPbI3钙钛矿太阳能电池器件的长期稳定性。

论文信息

通讯作者：Kun Wang