10001625_基于DMSO络合物制备高性能 CsPbI2Br钙钛矿太阳电池

基于 DMSO 络合物制备高性能 CsPbI2Br 钙钛矿太阳电池 刘治科 *，刘生忠 * （陕西师范大学, 材料科学与工程学院, 西安, 710119） 摘要 随着煤、石油、天然气等不可再生资源的日益枯竭，太阳能的开发和利用已成为各国应对 能源危机，解决环境问题，寻求可持续发展战略的重要途径。太阳电池是可以有效吸收太阳能， 并将其转换成电能的半导体部件。近年来钙钛矿太阳电池在短短几年内就取得了突飞猛进的发 展，其光电转换效率已经超过了染料敏化太阳电池、有机太阳电池和量子点太阳电池，钙钛矿 太阳电池无疑已成为当今最具有开发潜力的太阳电池之一。 有机-无机杂化钙钛矿材料通常由甲铵离子MA 或甲脒离子 FA填充卤化铅八面体间隙位 置形成，但 MA和 FA这些有机分子的蒸气压较低，基于 MA和 FA所制备的有机- 无机杂化 钙钛矿薄膜在一定温度下会发生 热分解。此外，这些有机基团容易与水相互作用，导致有机-无 机杂化钙钛矿薄膜发生降解，研究发现水降解已成为影响有机- 无机杂化钙钛矿薄膜 稳定性的首 要因素。相比于有机-无机杂化钙钛矿太阳电池，全无机卤化铅钙钛矿材料具有较高的热稳定性 和光照稳定性，在光伏等光电应用领域具有巨大的开发潜力。 CsPbI2Br 钙钛矿材料由于其优异的光照稳定性和热稳定性，近年来受到广泛关注。钙钛矿 薄膜的光电性能与薄膜质量息息相关，因此要想制备高性能无机钙钛矿太阳电池，沉积工艺、 钙钛矿薄膜的均匀性和稳定性等因素至关重要。目前已开发出多种制备钙钛矿薄膜的方法，如 一步旋涂法、顺序沉积法、喷雾辅助溶液法和磁控溅射法等，通过这些制备方法来控制 CsPbI2Br 钙钛矿薄膜的结晶过程，从而制备出高质量的 CsPbI2Br 钙钛矿薄膜。在上述方法中， 一步旋涂法是最为简单的制备方法。然而，文献报道通过一步旋涂法所制备的 CsPbI2Br 钙钛矿 薄膜存在厚度低、薄膜的均匀性和稳定性差等问题，因此，开发一种简单、低成本制备高质量 CsPbI2Br 钙钛矿 薄膜的方法非常重要。 CsPbI2Br 钙钛矿太阳电池的空气不稳定性等问题阻碍了其发展。因此，通过改善 CsPbI2Br 钙钛矿薄膜质量来提升 CsPbI2Br 钙钛矿太阳电池性能已迫在眉睫。本文报道了一种制备高质量 CsPbI2Br 钙钛矿薄膜的新方法，该方法通过引入路易斯碱配合物 PbI2DMSO和 PbBr2DMSO 前驱体来延缓 CsPbI2Br 钙钛矿薄膜的结晶过程，从而制备出高质量 CsPbI2Br 钙钛矿薄膜。相 比于传统方法所制备的 CsPbI2Br 钙钛矿薄膜，利用该方法所制备 CsPbI2Br 钙钛矿薄膜具有晶 粒尺寸大、表面平滑，缺陷少和载流子寿命长等特点，且通过引入 PbI2DMSO和 PbBr2DMSO前 驱体所制备 CsPbI2Br 钙钛矿薄膜在空气中的稳定性得到显著提升。相比于传统方法所制备的 CsPbI2Br 钙钛矿太阳电池，基于该方法所制备的 CsPbI2Br 钙钛矿太阳电池的开路电压达到 1.22 V，短路电流达到 15.33 mA/cm2，填充因子达到 78.70，光电转换效率达到 14.78，迄今为止， 该效率是 Cs基钙钛矿太阳电池的最高光电转换效率。本文对基于 PbI2DMSO和 PbBr2DMSO 前驱体所制备的 CsPbI2Br 电池在空气中进行老化实验，经过 500 h 的老化实验，其光电转换效 率值保持在初始光电转换效率的 97以上，这表明基于 PbI2DMSO和 PbBr2DMSO前驱体所 制备钙钛矿太阳电池的使用寿命明显提高。通过引入 DMSO 基配合物所制备 CsPbI2Br 钙钛矿 太阳电池表现出很小的迟滞效应。这些优异性能表明，通过引入 DMSO 基配合物对于制备高性 能全无机钙钛矿太阳电池具有很大应用潜力。 关键词CsPbI 2Br，高性能，全无机钙钛矿太阳电池，DMSO 配合物，稳定性