澳大利亚新南威尔士大学悉尼分校的研究人员介绍了一种新的氯碘化物基钙钛矿缺陷钝化策略。通讯作者 Ashraful Hossain Howlader 告诉《光伏》杂志，与对照样品相比，这种新方法使电池的效率提高了约 15%，同时也使其对环境更加稳定。
“尽管光电性能很有前景，但事实上，由于氯和碘之间的半径不匹配，氯碘基钙钛矿太阳能电池中离子迁移是不可避免的，”Howlader 和他的团队在论文中解释道。“氯碘基钙钛矿薄膜中的离子迁移可能会出现原子空位或原子堆积等局部缺陷。”
所讨论的活性钙钛矿层由 60% 的甲酰胺 (FA) 和 40% 的甲铵 (MA) 组成，其中卤化物浓度为 10% 的氯 (Cl) 和 90% 的碘 (I)，最终公式为 FA0.6MA0.4PbI2.7Cl0.3。
在活性层下方，有一层氧化锡 (SnoO2) 电子传输层 (ETL) 沉积在氧化铟锡 (ITO) 上，用作前电极。空穴传输层 (HTL) 沉积在吸收层顶部，该吸收层基于一种称为 2,2′,7,7′-四-(N,N-二-4-甲氧基苯基氨基)-9,9′-螺二芴的钙钛矿材料。Spiro-OMeTAD 用于空穴传输层 (HTL)，银 (Ag) 沉积作为背面电极。
“从我们之前的论文中，我们发现在氯碘化钙钛矿和二氯化锡 (SnO2) ETL 的界面之间存在一种独特的三氯化锡(SnCl2)自形成现象，”学者们解释道。“在自形成过程中，来自 ETL 的 Sn2+ 离子和来自钙钛矿的 Cl- 离子向埋层界面迁移。同时，我们发现 I- 离子向相反的界面迁移。从这个现象中可以看出，氯碘化钙钛矿薄膜的主体缺少 Cl- 和 I- 离子。因此，我们需要用卤素钝化氯碘化钙钛矿薄膜的主体。同时，我们还需要钝化钙钛矿/HTL 界面。”
为了解决这一产生缺陷的问题，该团队在 HTL 顶部沉积了两种钝化剂，即 4-氯苄基氯化铵 (Cl) 和 4-氯苄基溴化铵 (Br)。他们在上述电池结构中测试了这两种钝化剂的三种组合 - 50% Cl 和 50% Br;75% Cl 和 25% Br;以及 100% Cl 和 0% Br - 并与没有任何钝化剂的对照物进行了比较。
75% Cl & 25% Br 表现最佳，冠军电池的功率转换效率 (PCE) 为 21%，而对照电池的功率转换效率 (PCE) 为 18.31%。75% Cl & 25% Br 电池的开路电压 (Voc) 为 1.12 V，短路电流密度 (Jsc) 为 25.69 mA/cm2，填充因子 (FF) 为 72.78%。对照电池的功率转换效率分别为 1.06 V、24.37 mA/cm2 和 70.91%。
50% Cl & 50% Br 冠军电池的 PCE 为 19.81%，而 100% Cl & 0% Br 冠军电池的 PCE 为 19.23%。前者的 Voc 为 1.12 V，Jsc 为 24.61 mA/cm2，FF 为 71.80%，而后者的 Voc、Jsc 和 FF 分别为 1.07 V、24.67 mA/cm2 和 72.65%。
“当我们比较两种电池(对照电池和冠军电池)的稳定性时，样品是在没有封装的情况下进行测试的。我们发现，在约 672 小时后，对照电池的 PCE 可以保留其初始效率的约 78%，而冠军电池的 PCE 可以保留其初始效率的约 88%”，该科学小组补充道。“这是由于钙钛矿/HTL 界面处有大量有机阳离子，可以保护水分。”
研究结果发表在《太阳能》杂志上，题为《用氯苄基铵卤化物钝化氯碘化钙钛矿太阳能电池的缺陷》。
