新的钝化策略将基于氯碘化物的钙钛矿太阳能电池效率提高15%

澳大利亚新南威尔士大学 (UNSW) 悉尼分校的研究人员为氯碘基钙钛矿引入了一种新的缺陷钝化策略。通讯作者 Ashraful Hossain Howlader 告诉采访者，与对照样品相比，这种新方法将电池的效率提高了约 15%，同时也使其对环境更加稳定。

“尽管光电子特性很有前途，但事实上，由于氯和碘之间的半径不匹配，离子迁移在基于氯化碘的钙钛矿太阳能电池中是不可避免的，”Howlader 和他的团队在论文中解释说。“由于基于氯碘化物的钙钛矿薄膜中的离子迁移，可能会出现原子空位或原子积累等局部缺陷。”

所讨论的活性钙钛矿层由 60% 的甲酰胺二铵 (FA) 和 40% 的甲基铵 (MA) 制成，其中 10% 的氯 (Cl) 和 90% 的碘 (I) 用作卤化物浓度，最终公式为 FA0.6MA0.4PbI2.7Cl0.3。

在活性层下，氧化锡 (SnoO2) 电子传递层 (ETL) 沉积在氧化铟锡 (ITO) 上，用作前电极。空穴传输层 (HTL) 沉积在吸收器顶部，该材料称为 2,2'，7,7'-四分体-(N，N-di-4-甲氧基苯氨基)-9,9'-螺基芴。Spiro-OmetaD 用于空穴传输层 (HTL)，银 (Ag) 作为背电极沉积。

“从我们之前的出版物中，我们发现了氯化物-碘化物钙钛矿和氯化锡 (II) (SnO2) ETL 之间的氯化物 (SnCl2) 中自形成的独特现象，”学者们解释说。“在自形成过程中，来自 ETL 的 Sn2+ 离子和来自钙钛矿的 Cl- 离子向埋藏界面迁移。同时，我们发现 I- 离子向相反的界面迁移。从这种现象可以明显看出，氯碘化物钙钛矿薄膜的大部分缺乏 Cl- 和 I- 离子。因此，我们需要用卤素钝化大部分氯化碘钙钛矿薄膜。同时，我们还需要钝化钙钛矿/HTL 界面。

为了解决这个产生缺陷的问题，该小组在 HTL 顶部沉积了两种钝化剂，称为 4-氯苄基氯化铵 (Cl) 和 4-氯苄基溴化铵 (Br)。他们测试了三种两种组合 - 50% Cl & 50% Br;75% Cl & 25% Br;和 100% Cl & 0% Br – 在上述细胞结构中，并与没有任何钝化剂的对照进行比较。

75% Cl & 25% Br被发现表现最好，冠军电池的功率转换效率(PCE)为21%，而对照电池的功率转换效率(PCE)为18.31%。75% Cl & 25% Br电池显示出1.12 V的开路电压(Voc)，短路电流密度(Jsc)为25.69 mA/cm2，填充因子(FF)为72.78%。受控电池的性能分别为 1.06 V、24.37 mA/cm2 和 70.91%。

50% Cl & 50% Br冠军电池的PCE为19.81%，而在100% Cl & 0% Br的情况下为19.23%。前者的 Voc 为 1.12 V，Jsc 为 24.61 mA/cm2，FF 为 71.80%，而后者分别为 1.07 V、24.67 mA/cm2 和 72.65%。

“当我们比较两个细胞(对照细胞和冠军细胞)之间的稳定性时，样品是在没有封装的情况下进行测试的。我们发现，对照细胞的 PCE 在大约 78 小时后可以保留约 672% 的初始效率，冠军细胞的 PCE 可以保留其初始效率的约 88%，“该科学小组补充道。“这是由于钙钛矿/HTL 界面处的大体积有机阳离子，可以保护水分。”