紫外光辐照下CH3NH3PbI3基钙钛矿太阳能电池失效机制

卢岳 葛杨 隋曼龄

引用本文: 卢岳, 葛杨, 隋曼龄. 紫外光辐照下CH3NH3PbI3基钙钛矿太阳能电池失效机制[J]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2007088-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007088 shu
Citation:  Yue Lu, Yang Ge, Manling Sui. Degradation Mechanism of CH3NH3PbI3-based Perovskite Solar Cells under Ultraviolet Illumination[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2022, 38(5): 2007088-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007088 shu

紫外光辐照下CH3NH3PbI3基钙钛矿太阳能电池失效机制

    通讯作者: 隋曼龄, mlsui@bjut.edu.cn
  • 基金项目:

    国家重点研究发展计划 2016YFB0700700

    国家自然科学基金 11704015

    国家自然科学基金 51621003

    北京市教育委员会科研重点项目 KZ201310005002

    北京市教师队伍建设创新团队项目 IDHT20190503

摘要: 随着光伏产业的不断发展,有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的研发成为科学与工业界广泛关注的焦点。到目前为止,其光电转换效率已经提高到了25.2%,成为替代硅基太阳能电池的核心方案之一。然而,钙钛矿太阳能电池的稳定性较差,容易受到环境中氧气、水分、温度甚至光照的影响,这严重制约了其大规模推广与应用。大量科学研究表明,如何避免紫外辐照下有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的性能衰减,对于提高钙钛矿太阳能电池的光照稳定性至关重要。然而到目前为止,仍然没有系统的工作来对紫外辐照下钙钛矿太阳能电池性能以及微结构演化过程进行详细的表征与分析。本文中,我们利用聚焦离子束-扫描电子显微分析(FIB-SEM)以及球差校正透射电子显微分析(TEM)等技术,全面地研究了紫外辐照过程中有机无机杂化钙钛矿太阳能电池性能变化规律以及电池微结构演化特征。实验结果表明,紫外辐照过程中太阳能电池内部会形成0.5–0.6 V的内建电场,钙钛矿中的I-离子在电场的驱动下向金属Au电极和空穴传输层2, 2’, 7, 7’-四[N, N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9, 9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)一侧迁移;随后,空穴传输层与金电极的界面处,碘离子与光生空穴一起与金电极发生反应,将金属态Au氧化成离子态Au+。而Au+离子则在内建电场的驱动下反向迁移穿过钙钛矿MAPbI3层,直接被SnO2和MAPbI3界面处的电子还原形成金属Au纳米团簇。除此之外,紫外辐照过程中钙钛矿太阳能电池性能降低的同时,往往伴随着Spiro-OMeTAD与钙钛矿界面处物质迁移、钙钛矿薄膜内晶界展宽以及Au纳米颗粒周围MAPbI3物相分解等现象。以上各种因素的协同作用,共同导致了紫外光照下有机无机杂化钙钛矿太阳能电池光电转换性能(PCE)、开路电压(Voc)以及短路电流(Jsc)等性能参数的急剧下降。

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  • 发布日期:  2022-05-15
  • 收稿日期:  2020-07-29
  • 接受日期:  2020-09-11
  • 修回日期:  2020-09-10
  • 网络出版日期:  2020-09-16
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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