钙钛矿太阳能电池想要在商用光伏市场中占有一席之地,就必须要求电池不仅能量转换效率高、制备成本低,还需要其器件本身具有高的稳定性,尤其是在一定湿度环境工作时的稳定性。
本文作者采用了一种新型工艺,在钙钛矿层中引入了长链聚合物(PEG,聚乙二醇)形成骨架结构,实现了16%的能量转换效率,同时其未封装的电池在70%的相对湿度下经历了300小时后,仍然具有较高的效率输出,且这种工艺制备出的钙钛矿薄膜对水具有显著的自修复功能,这为将来钙钛矿电池大规模商用提供了可能性。
制备方法
图1展示了本文的电池结构,类似于传统的无机介孔层结构。电池的制备过程类似于平面异质结结构的电池,选用TiO2与Spiro-OmetaD作为电子和空穴的传导层。钙钛矿的制备为常规的溶液一步法,在钙钛矿前驱液(PbCl2, MAI in DMF)中掺入绝缘的聚合物长链分子(PEG),制备过程中退火温度为105℃。
钙钛矿薄膜表征
图2是钙钛矿的SEM表征的顶视图和截面图,e、g(scale bar 1um)没有掺入PEG,f、h(scale bar 3um)掺入了PEG,可以看出未掺入PEG的钙钛矿薄膜孔洞比较多,厚度很不均匀,而掺入PEG的薄膜覆盖度与均匀性均得到大幅提升,有效的避免了短路漏电的情况发生。
下图中,a、b、c(scale bar 10nm)分别是钙钛矿薄膜的环形暗场像以及Pb元素与O元素的EDS成像。PEG在此结构中充当了三维支撑骨架,同时,PEG骨架结构还降低了反应结晶速率,d是钙钛矿成膜过程中的实时XRD谱线,引入PEG骨架结构后,反应过程中的中间相直到70分钟以后才逐渐消失。