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宽带隙钙钛矿晶格平面微调实现高效稳定超1.5V高压平面太阳能电池

DOI：10.1021/acsaem.9b01863 期刊：ACS Applied Energy Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 无碘化物掺杂的三溴化物钙钛矿因其超过2.0 eV的宽禁带特性，被视为光电解水系统和叠层太阳能电池顶电池的优质候选材料。本研究报道了铯离子（Cs）在A位点微调晶格结构对低温制备甲脒铅三溴化物（CH(NH2)2PbBr3=FAPbBr3）钙钛矿薄膜的重要影响。部分溴化铯（CsBr）掺入FAPbBr3薄膜可调控晶格相互作用，形成具有择优取向的高纯度立方晶系。采用含8%铯的FAPbBr3（Cs0.08FA0.92PbBr3）组装的全低温平面光伏器件展现出8.56%的最佳光电转换效率（PCE）和1.516 V的开路电压（Voc），显著优于FAPbBr3器件（PCE 7.07%，Voc 1.428 V）。通过激光扫描共聚焦时间分辨显微镜（LCTM）进行的荧光强度及时空成像测量表明，CsBr掺杂显著抑制了非辐射复合路径并均匀化了荧光空间分布。可视化结果显示CsBr掺杂直接影响体相缺陷和荧光特性，证实铯离子能有效缓解钙钛矿薄膜中的离子偏析与团聚。值得注意的是，载流子寿命约270 ns的Cs0.08FA0.92PbBr3薄膜，其辐射复合时间（270 ns）较FAPbBr3薄膜（210 ns）延长1.37倍。此外，在空气环境（2000小时）和严苛条件（65°C/65% RH，500小时）下的无封装老化实验表明，Cs0.08FA0.92PbBr3器件具有更优异的稳定性。
作者： Yohan Ko，Youbin Kim，Chanyong Lee，Yechan Kim，Byoung Koun Min，Hui-jeong Gwon，Yong Ju Yun，Yongseok Jun
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究铯掺杂A位点对晶体晶格微调的重要性，以优化低温制备的甲脒铅三溴化物(FAPbBr3)钙钛矿薄膜，从而实现高效稳定的高压平面太阳能电池。

研究成果

将溴化铯掺入FAPbBr3钙钛矿薄膜中，可提升其晶体质量、光电性能及环境应力下的稳定性。Cs0.08FA0.92PbBr3薄膜展现出优异的光伏性能与强健性，有望成为高压平面太阳能电池的理想候选材料。

研究不足

该研究的局限性在于钙钛矿薄膜的制备与表征条件具有特定性。由于会形成CsPbBr3晶体，未探究超过10%的铯掺杂影响。研究也未涉及该制备工艺在工业应用中的可扩展性问题。

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