因此,如何在粗糙衬底上得到均一、连续、无针孔的高质量钙钛矿层,就成为了制备高性能钙钛矿电池需要解决的关键问题。文中研究发现,通过在PEDOT:PSS旋涂液中添加DMSO,可以极大地减少在PEDOT:PSS层表面形成的钙钛矿层中的针孔数量,提高钙钛矿层质量。进一步实验发现,通过在PEDOT:PSS旋涂液中添加体积比在5%~10%的DMSO溶液,即可获得大面积无针孔的钙钛矿层。
“氧化铬/铬”层制备与功能
本文中,在电子传导层和高电导率金属层之间额外蒸镀了一层铬,实验发现,该操作能显著提高电池的稳定性和连续工作性能。
在电池制备过程中,金属铬被缓慢蒸镀至电子传导层表面。虽然该操作在真空下完成(约10-6mbar),但由于真空腔内并非惰性气体环境,因而仍有少量氧分子存在。因此,最终在电子传导层表面形成的并非纯金属铬层,而是“氧化铬(Cr2O3)/铬”混合层。该结果可以通过X射线光电子能谱测量加以确认。
对于传统的无“氧化铬/铬”层的钙钛矿电池,一旦钙钛矿材料在潮湿空气中分解,由于分解过程会释放出碘化氢(HI),而HI对金、铜等金属均有腐蚀作用,因此,钙钛矿分解后会进一步破坏金属电极,进而降低金属电极对钙钛矿材料的保护作用,加速钙钛矿分解过程。
所以,传统钙钛矿电池在潮湿空气中的稳定性很差。而对于具有“氧化铬-铬”层的钙钛矿电池,由于氧化铬具有很好的化学稳定性,对强酸、弱酸、强碱、弱碱、腐蚀性气体等均有很强的耐受能力,故可以抵抗钙钛矿分解产物对高导电性金属的腐蚀作用。因此,“氧化铬/铬”层可以减缓甚至阻断传统钙钛矿电池的退化过程,极大地提高电池的稳定性。下面的实验结果清晰地展示了这一点。
电池性能测试
对制备得到的薄膜电池和对照电池(玻璃/ITO衬底电池)在标准模拟太阳光照射下进行性能测试,测试结果如下图所示,薄膜电池和对照电池具有相似的开路电压(Voc~930mV)和短路电流(Jsc~17.5mA/cm2),但对照电池的填充因子(FF~80%)要略高于薄膜电池(~76%),导致对照电池的能量转换效率(~12.5%)略高于薄膜电池(~12%)。
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