【导读】

聚焦钙钛矿太阳能电池的发展，其功率转换效率（PCE）一直是全世界研究者关注的焦点。其中，有几种策略可以提高钙钛矿太阳能电池（PSC）的功率转换效率，例如生长具有高结晶度的薄膜、掺杂阴离子、阳离子或两者、设计电荷传输层，以及通用钝化层的使用。以前的报告表明，PbI₂的第二阶段对于获得高性能水平至关重要。过量PbI₂无论是在钙钛矿薄膜的本体中还是在晶界处，都具有由I型能带排列形成的钝化效应。然而，过量的PbI₂过于活跃，会导致器件的不稳定和电流密度电压（ J-V） 特性的大滞后。这两个因素都可以归因于PbI₂的光分解和增强的离子迁移。调控钙钛矿薄膜中过量的不稳定PbI₂以实现高效率至关重要。最近，研究者开发了一种配体调节方法来管理过量的PbI₂并成功提高了PCE（高达22%）和稳定性。

【成果掠影】

今日，中国科学院半导体研究所游经碧研究员团队（通讯作者）通过RbCl掺杂将PbI₂转化为非活性(PbI₂)₂RbCl化合物（PIRC），从而有效地稳定了钙钛矿相。基于这一策略，作者获得了FAPbI₃（FA，甲酰胺）钙钛矿太阳能电池25.6%的认证PCE。设备存储1000小时后保持其原始PCE值的96%，在85℃的条件下进行500小时热稳定性测试后保持80%。具体来说，通过以前报告中使用的改进的两步法沉积了纯FAPbI₃，首先在衬底上生长PbI₂晶种层，同时将有机盐甲脒碘化（FAI）溶液沉积在PbI₂上以通过退火扩散和形成钙钛矿。此外，为了改善钙钛矿结晶，将甲基氯化铵（MACl）添加到FAI溶液。与之前的报道相比，为了尽可能提高钙钛矿的热稳定性并降低带隙，本研究未使用传统的有机盐甲基碘化铵（MAI）或甲基溴化铵，且确认5%摩尔比的RbCl掺杂是器件性能的最佳条件。

相关研究成果以“Inactive (PbI₂)₂RbCl stabilizes perovskite films for efficient solar cells”为题发表在Science上。

【核心创新点】

1.用氯化铷（RbCl）掺杂可以产生被动非活性(PbI₂)₂RbCl相，稳定钙钛矿相并降低其带隙；

2.器件能够表现出25.6%的认证效率，并在85℃下运行500小时后保持该效率的80%。

【数据概览】

图一、钙钛矿上第二相(PbI₂)₂RbCl的微观结构和形貌。

图二、控制和PIRC钙钛矿薄膜的性质，包括离子传输、成分和光致发光。

图三、器件特性和稳定性测试。

【成果启示】

总而言之，本文展示的PCE从24.6%上升至25.6%，基于PIRC的器件几乎没有滞后，而控制器件则表现出明显的滞后，且在实验室测试的优化后最高PCE 为26.1%，该器件还表现出25.7%的效率和1200秒的稳定输出，PCE分布的统计数据证实了结果的可重复性。在500小时的连续加热下，器件保持80%的初始性能，而对照器件仅保留其初始PCE的50%。本研究提出的PIRC方法可以提高稳定性和器件效率，这将为钙钛矿太阳能电池的发展提供新的方向；也有可能用于其他光电器件，例如发光二极管和光电探测器。

文献链接：“Inactive (PbI₂)₂RbCl stabilizes perovskite films for efficient solar cells”（Science，2022，10.1126/science.abp8873）