宽带隙钙钛矿太阳能电池的重要性

研究背景

宽带隙钙钛矿太阳能电池在叠层电池、半透明器件、室内光伏等领域具有重要意义，尤其是作为钙钛矿基多结叠层太阳能电池不可或缺的一部分，效率潜力超过40%。然而宽带隙钙钛矿太阳能电池存在严重的开路电压损失和相分离问题，影响了其光电转换效率和稳定性。溶液法制备的多晶宽带隙钙钛矿薄膜中存在很多缺陷，一方面这些缺陷会作为载流子复合中心引起严重的非辐射复合，从而导致电压损失。

另一方面，宽带隙钙钛矿薄膜表面或晶界处的缺陷会成为水汽、空气等入侵钙钛矿的通道，会降低宽带隙钙钛矿太阳能电池的稳定性。二维钙钛矿由于具有绝缘间隔层，已经被证明可以解决钙钛矿的不稳定性问题。但由于量子阱和介电效应的限制，其效率远不如3D钙钛矿。

成果简介

西南石油大学于华教授团队通过二胺有机盐2, 2’-(乙烯二氧)双乙胺氢碘酸盐(EDBEI2)对3D宽带隙钙钛矿进行表面钝化，能够在3D宽带隙钙钛矿表面原位生成Dion-Jacobson型2D钙钛矿，从而构建了一种2D/3D钙钛矿异质结构，这种结构可以平衡高效率和稳定性的问题。研究发现，采用EDBEI2钝化后减少了宽带隙钙钛矿薄膜的表面缺陷和钙钛矿/spiro-OMeTAD界面处的电荷复合。

同时，2D/3D钙钛矿异质结构进一步优化了钙钛矿/spiro-OMeTAD界面的能级结构，促进了界面处的空穴抽取和转移，从而减少了开路电压损失，使得带隙为1.75 eV钙钛矿太阳能电池实现了1.28 V的开路电压为和18.85%的光电转换效率。此外，由于Dion-Jacobson型2D钙钛矿优异的疏水性，使得钝化后宽带隙钙钛矿太阳能电池的稳定性得到提高。

图1 (a)EDBEI2钝化后钙钛矿晶体的示意图，(b)EDBEI2钝化前后电池的J-V曲线，(c)EDBEI2钝化前后对电池稳定性的影响

审核编辑：刘清