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钙钛矿太阳电池的转换效率已经与商业化的多晶硅电池、CdTe、CIGS等化合物薄膜电池相当，逼近单晶硅，且具备成本低廉、工艺简单等优点，成为近年来光伏研究领域的热点。然而由于传统高效钙钛矿电池采用非稳定的有机甲基胺离子（CH₃NH₃⁺，MA⁺）导致了电池不稳定特性，影响了电池寿命，阻碍了电池的商业化发展。

瑞士洛桑联邦理工学院Michael Saliba教授研究团队利用元素替代方法制备了不含甲基铵阳离子的平面型钙钛矿太阳电池，实现了高达20.35%的稳态效率，是迄今为止无MA⁺钙钛矿太阳电池性能最高值。相关的研究已经表明MA⁺热稳定性较差，在长时间的太阳光辐照下，含有MA⁺的钙钛矿薄膜很容易降解，导致性能衰退。为此，研究人员用热稳定性更好的铷（Rb）、铯（Cs）和甲脒（FA）等三种阳离子共同替代MA⁺制备了混合阳离子的钙钛矿薄膜RbCsFAPbI₃，紫外可见光谱测试结果显示，混合阳离子钙钛矿薄膜RbCsFAPbI₃的禁带宽度为1.53 eV，与传统的单MA⁺钙钛矿薄膜MAPbI₃（1.58 eV）相当，保证了钙钛矿薄膜优异的光吸收特性。接着以RbCsFAPbI₃为光敏层制备了平面型钙钛矿太阳电池，而为了避免平面型电池器件电子传输层和空穴传输层直接接触引起的短路问题，研究人员在电子传输层和钙钛矿光敏层之间引入了聚合物PCBM/PMMA缓冲层，随后进行光电性能测试。在一个标准模拟太阳光的辐照下，面积为0.1 cm²含有PCBM/PMMA缓冲层的钙钛矿电池平均转换效率为19.71%，高于无缓冲层的器件（18.2%），主要原因就是缓冲层加入改善了电池的填充因子。而含有PCBM/PMMA缓冲层的钙钛矿电池性能最优值突破了20%，达到20.35%，是目前文献已报道无MA⁺平面型钙钛矿太阳电池的最高值。在室温、惰性氮气氛环境下对电池进行老化测试，结果显示连续光照1000小时后，无聚合物缓冲层的电池器件效率从初始的19.04%显著下降至15.31%，而有缓冲层的电池仅从19.54%小幅下降至18.16%，表现出优秀的稳定性，这也是已报道的平面型钙钛矿电池稳定性最佳的器件。

该项研究利用元素替代的方法用热稳定性更好的无机阳离子替代热稳定性差的传统有机甲基胺离子，同时在电子传输层和空穴传输层之间引入聚合物缓冲层以抑制两者的接触引起短路，从而增强了电池的性能和稳定性，为钙钛矿电池商业应用奠定了关键技术基础。相关研究成果发表在《Science》[1]。

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[1] Silver-HamillTurren-Cruz, Anders Hagfeldt, Michael Saliba.Methylammonium-free, high-performance and stable perovskite solar cells on a planararchitecture. Science, 2018, DOI:10.1126/science.aat3583 

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最后编辑时间为: 2020-03-31 00:32 Tuesday