钙钛矿太阳电池外源离子迁移-李祯

钙钛矿太阳电池外源离子迁移 李 祯 教授，青年千人 西北工业大学 材料学院 纳米能源材料研究中心 2018年 11月 西安 摘 要 2 • 外源离子迁移 (extrinsic ion migration, EIM) • EIM对器件性能和迟滞效应的影响 • EIM对电池稳定性的影响 Li, Zhu*, Energy Environ. Sci., 2017,10, 1234 前 言 3 Intrinsic ions（ MA+, I-, Pb2+） 离子迁移 Xiao, Yuan, Shao, Huang*, Nat. Mater., 2015, 193 Zhao, Liu*, Zhao*, Light: Sci. Appl., 2017, e16243 4 前 言 4 J-V hysteresis Cell degradation Slow current response Switchable photovoltage Memristor Halide Segregation Cons Intrinsic ion migration MA+, Pb2+, I-, etc. Chem. Sci., 2015, 6, 613 Nat. Mater. 2015, 14, 193 Adv. Mater. 2016, 28, 6562 How about extrinsic ions? Pros 前 言 5 H Angew.Chem. Int .Ed. 2015, 12437 spiro-OMeTAD Li-TFSI Li+/spiro=0.5~1 6 外源离子迁移证据 二次离子质谱 (TOF-SIMS) Li-doped HTL Li-free HTL • 锂离子扩散穿过钙钛矿层，富集于 TiO2层 500 nm 外源离子迁移证据 7 HTL 7Li (ppb) 206Pb (ppb) Li/Pb ratio Li-doped 3.19 5029 6.7×10-4 Li-free 100 mV/s)时迟滞较大 • 低扫速 (5 mV/s)时，本征离子的迁移开始产生迟滞效应 锂盐与稳定性 16 钙钛矿 HTL H2O LiOx PbI2 0 50 100 150 200 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 w /o Li + 10 mg/mL L i + No rmal ize d Jsc T i me (h) TiO2/MA-PVSK/Spiro, ambient • 空气中锂盐容易吸水，电池性能下降 持续光照测试，下同 锂盐与稳定性 17 0 20 40 60 80 100 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 No rmal ize d PCE T i me (h) w /o L i + 10 mg/ mL L i + 0 20 40 60 80 100 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 No rmal ize d Jsc T i me (h) w /o L i + 10 mg/ mL L i + 0 20 40 60 80 100 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 No rmal ize d Voc T i me (h) w /o L i + 10 mg/ mL L i + 0 20 40 60 80 100 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 No rmal ize d FF T i me (h) w /o L i + 10 mg/ mL L i + (a) (b) (c) (d) TiO2/FAMACs-PVSK/Spiro, N2 purge • Li+离子反复循环对电池界面有影响，造成 VOC和 FF下降 无 锂盐 空穴传输层 ‣Average PCE1000 h = 88±4% PCE0 h ‣Champion PCE1000 h= 94% PCE0 h ‣TiO2 PCE1000 h= 61±4% PCE0 h SnO2/FAMACs-PVSK/Li-free HTM, ambient air hydrophobic Christians, Berry*, Luther*, Nat. Energy, 2018, 6818 无 锂盐 空穴传输层 19 小结 20 • 外源离子如 Li+， H+， Na+离子会在钙钛矿电池中迁移 • Li-TFSI除掺杂 spiro-OMeTAD外，同时影响 TiO2/钙钛矿界面 • 外源离子迁移会产生迟滞效应，其效应甚至大于本征离子 Li, Zhu*, Energy Environ. Sci., 2017,10, 1234 致谢 21 Kai Zhu Chuanxiao Xiao Joseph M. Luther Ye Yang Matthew C. Beard Steve P. Harvey Joseph Berry Dong Hoe Kim Jeffrey Christians Mengjin Yang Philip Schulz 招聘启事 22 招聘 1~2名 博士后、科研助手 欢迎加入我们！ lizhen@nwpu.edu.cn 感谢各位专家