科学家提出钙钛矿薄膜均质化策略以提高转换效率

在《自然》杂志上发表的一项研究中，中国科学院合肥物质科学研究院(HFIPS)的研究人员提出了一种新的、有前途的制备太阳能电池均质钙钛矿薄膜的方法。该过程包括抑制内部阳离子不均匀性引起的相分离，将转换效率提高至26.1%，从而追平了现有记录。

对于太阳能电池这种重要的替代能源来说，追求更高的转换效率并试图尽可能长时间地保持电池稳定是全世界科学家和工程师正在努力解决的核心问题。

卤化铅钙钛矿太阳能电池(PSC)由于其高效率而被广泛研究，但可以看到这些电池的转换效率增长率急剧放缓。值得注意的是，之前对这些电池的大多数研究仅限于表面、掺杂剂和成分水平。

相比之下，HFIPS的太阳能电池科学家潘旭和他的团队决定更深入地研究——相水平。

基于多年在该领域的工作，科学家们意识到钙钛矿薄膜内部不可避免地会发生相分离，从而影响或更准确地说，损害电池的转换效率和稳定性。

“我们从之前的工作中都知道，不同组的阳离子分布不均匀，”潘说。“但这些阳离子到底是如何分布的、其背后的原因以及它如何影响效率仍不清楚。”

为了了解钙钛矿薄膜中阳离子的行为方式，研究人员使用实验方法来量化阳离子FA+和Cs+的垂直分布情况。

潘说：“Cs+喜欢聚集在薄膜的底部，而大量的FA+聚集在薄膜的上界面。”

为了验证这一点，他们通过研究晶相的分布进行了进一步的工作。这些实验都非常吻合。因此，该团队是第一个在实验室实验中清楚观察到面外不均匀分布的团队。

尽管如此，研究人员也想知道这种分布模式的原因以及如何应对。因此，他们进行了现场测试，以确定这种不均匀性背后的确切机制。

潘说：“然后我们发现不同基团的阳离子结晶和转化的速率非常不同。”他认为这就是不均匀性的原因。研究人员确定了关键问题后，提出了一种策略，使用1-(苯基磺酰基)吡咯(PSP)作为添加剂来弥补结晶和相变速率的差异，从而生产均匀的薄膜。

研究人员很高兴地看到，在第三方认证下，转换效率显着提高至25.8%。更重要的是，电池表现出良好的长期稳定性，即使在最大功率点跟踪2,500小时后，转换效率仍高达原始值的92%。

据公开报道，这平了转换效率的记录。总而言之，潘和他的团队在太阳能电池相优化方面的工作为提高太阳能电池转换效率和稳定性提供了一条有前途的技术路径。