Adv. Mater.：由纯的bis-PCBM异构体辅助晶体工程得到高效高稳定钙钛矿太阳能电池

【引言】

钙钛矿太阳能是近几年兴起的一类具有巨大应用前景的太阳能电池，它具有光电转换效率高、成本低以及制备工艺简单等突出优点。效率已经从最开始的3.8%快速增长到现在22.1%。

但是稳定性依然是钙钛矿电池迫切需要解决的一个问题。对钙钛矿薄膜质量的优化是解决稳定性的一个有效办法。但是很少有研究表明电池可以在热和光照下同时保持住稳定性。

【成果简介】

2月27日，天津大学的王世荣教授，英国皇后玛丽学院的T. John S. Dennis博士，瑞士洛桑联邦理工的Dongqin Bi博士和Michael Gr?tzel教授（共同通讯作者）在Advanced Materials发表了题为“Isomer-Pure Bis-PCBM-Assisted Crystal Engineering of Perovskite Solar Cells Showing Excellent Efficiency and Stability”的文章。作者先用循环高效液相色谱从bis-PCBM中分理处纯的异构体α-bis-PCBM（Chem. Commun., 2017, 53, 975），并将用在反溶剂中制备基于(FAI)_0.81(PbI₂)_0.85(MABr)_0.15(PbBr₂)_0.15的钙钛矿太阳能电池，电池得到了20.8%的光电转化效率，并且在高温和光照下表现出了优异的稳定性。电池在65℃下经过44天效率下降小于10%，在 1太阳照度下最大功率点在室温下连续运行600h后仍保留了初始值的96%。

【图文导读】

图1：含有α-bis-PCBM或PCBM的钙钛矿制备过程示意图。

将PCBM或α-bis-PCBM加入反溶剂中，调控钙钛矿晶体的生长。

图2：钙钛矿薄膜稳定测试

a) 暴露于环境40％相对湿度中基于meso-TiO₂/com- TiO₂/FTO基底上的相应膜40天前后的XRD图案。 

b) 暴露于环境40％相对湿度的相应膜40天前后对比图片。 

c) 相应钙钛矿膜与水的接触角：1，对照; 2，PCBM; 3，α-bis-PCBM

图3： 相关物理性质测试和重现性

a) PL光谱，

b) 玻璃基板上相应膜的TRPL光谱。

c),d),e),f) 基于相应钙钛矿层的器件的重现性光伏参数。

图4 钙钛矿电池器件I-V测试

a) 基于bis-PCBM的器件的横截面SEM图像。比例尺是100nm。

b) 钙钛矿太阳能电池的电流 - 电压滞后曲线(先反向扫后正向扫)。

c) 相应器件的IPCE光谱和积分电流曲线。

d) 相应器件的稳定功率输出。

图5 相应的钙钛矿太阳能电池稳定性测试

a) 电池在40％相对湿度暗态室温下没有任何封装的稳定性。

b) 电池在40％相对湿度65℃暗态封装下的稳定性。

c) 相应钙钛矿太阳能电池在连续完全日照室温氮气氛围中的最大功率点跟踪下的稳定性。

【总结】

α-bis-PCBM的引入可以抵抗水分侵入从而防止界面的侵蚀，减少空穴传输层层中产生的空隙或针孔，增加了电子提取效率，促进钙钛矿结晶，提高了PSCs的稳定性。 这种有前途的方法为制造高效稳定的异质结钙钛矿太阳能电池提供了简单的路线。该成果得到了国家自然科学基金(21676188)，天津市自然科学基金重点项目(16JCZDJC37100)和国家留学基金委的资助。