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室温和高湿度下稳定的α-FAPbI3钙钛矿及其高效稳定光伏器件

2021-12-16

α-FAPbI3钙钛矿由于具有最窄的带隙被认为是提高单节钙钛矿光伏器件近理论极限效率最有希望的材料。然而,α-FAPbI3钙钛矿的相转变难且稳定性差限制其进一步的发展。另外,传统的方法必须在惰性气氛中,并且严格控制温度和相对湿度的条件下制备高质量的α-FAPbI3钙钛矿薄膜,这严重限制了钙钛矿太阳能电池的大规模生产和实际应用。

针对这一挑战性难题,西北工业大学黄维院士和南京工业大学陈永华教授团队创造性地在室温高湿度(大于90%)条件下制备出高达24.1%功率转换效率的α-FAPbI3钙钛矿太阳能电池。该团队首次提出了基于离子液体甲酸甲胺(MAFa)作为碘化铅的前驱体溶剂,生长出具有取向排列的碘化铅薄膜,这些取向生长的结构具有许多纳米级的离子通道,有助于将碘甲脒渗透到碘化铅薄膜中发生反应,并且阻挡了水分子的侵蚀。未封装的器件在85 °C持续加热和持续光照下,分别保持其初始效率的80%和90%达500小时。

图1.(a)和(b)PbI2高清TEM图像:{100}方向和 [001]方向;(c)PbI2堆叠结构示意图;(d)基于FAPbI3@DMF:DMSO和FAPbI3@MAFa钙钛矿的光伏电池85℃热稳定性对比;(e)基于FAPbI3@DMF:DMSO和FAPbI3@MAFa钙钛矿的光伏电池持续光照下最大功率输出稳定性对比。

这一创新成果(“Stabilizing black-phase formamidinium perovskite formation at room temperature and high humidity, Science 371, 1359–1364 (2021)”)于2021年3月26日发表于国际顶级期刊Science(《科学》)上。南京工业大学硕士研究生惠炜、西北工业大学博士研究生晁凌锋以及南京工业大学硕士研究生芦荟为共同第一作者,黄维院士和陈永华教授为共同通讯作者。

论文链接:https://www.science.org/lookup/doi/10.1126/science.abf7652



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