【原】牛津大学最新《Science》：高效稳定的钙钛矿太阳能电池！

导读：钙钛矿太阳能电池的高效率和长期稳定往往是不可兼得的。本文报道的在环境大气全光谱模拟阳光的条件下，未封装电池和封装电池在60℃和85℃的条件下，分别在1010和1200小时内保持80%、95%的峰值效率。

钙钛矿硅串联电池作为最有前途的光伏技术之一，有望在近期实现大规模的商业应用。这种电池的特点是一个宽能带隙的钙钛矿“顶部电池”吸收的太阳光谱区域与硅“底部电池”互补，这样的太阳能电池已被证明具有可靠的功率转换效率(PCE)，达到了29.1。然而，目前这种电池的高效率和长期稳定往往是不可兼得的。因此，致力于同时提高效率和改善长期稳定是该领域的研究热点。离子液体已经被证明可以稳定具有金属氧化物载流子传输层的有机-无机钙钛矿太阳能电池，但它们与更容易加工的有机类似物不相容。最近的一项研究表明哌啶盐离子固体可以提高正本征负层状钙钛矿太阳电池的有机电子和空穴萃取层的效率，且通过加入该添加剂延缓了钙钛矿层中杂质相的偏析和针孔的形成，有效改善了其稳定性。

近日，英国牛津大学Henry J.Snaith教授及其团队报道了一种高性能的p-i-n钙钛矿太阳能电池使用热稳定CsFA基卤化铅钙钛矿吸收层，低温处理有机电荷提取层，和有机离子固体添加剂1-丁基-1-甲基四氟硼酸盐（[BMP]⁺[BF₄]^-）。将[BMP]⁺[BF₄]^-加入钙钛矿吸收剂中，抑制了深阱状态，改善了性能，并增强了电池在高达85摄氏度的全光谱阳光下的运行稳定性。相关论文以题为“A piperidinium salt stabilizes efficientmetal-halide perovskite solar cells”于2020年7月3日发表在Science上。

论文链接

https://science./content/369/6499/96

图1. 钙钛矿太阳能电池的表征。

图2.高精度二次离子质谱和XRD分析。

图3.  长期稳定性测试。

图4. PbI₂和钙钛矿膜碘损失分析。

总的来说，由于添加[BMP]⁺[BF4]^-的钙钛矿吸收剂的加入，钙钛矿硅串联电池的开路电压和电池效率得到有效提高。该添加剂还可以阻止在老化过程中钙钛矿吸收层的成分偏析为杂质相和针孔的形成，提高电池的稳定性。在环境大气全光谱模拟阳光的条件下，未封装电池和封装电池在60℃和85℃的条件下，分别在1010和1200小时内保持80和95%的峰值效率。（文：Caspar）