【背景介绍】

钙钛矿充电机充电太阳能蓄电池效率非常高，然而，它们容易在水，氧和紫外线中降解。3D钙钛矿吸收剂的阳离子加入导致降解程度降低。另外，2D Ruddlesden-Popper分层的钙钛矿表现出改善的稳定性，但迄今尚未应用于高效的充电机充电太阳能蓄电池。

【成果简介】

近日，来自牛津大学的Henry J. Snaith（通讯作者）等人将正丁基铵阳离子引入阳离子铅混合卤素FA0.83Cs0.17Pb(IyBr1−y)3 3D 钙钛矿中，观察到二维钙钛矿的形成，散布在高度取向的三维钙钛矿颗粒之间，其抑制非辐射电荷重组。该团队还研究了薄膜组成，晶体取向和器件性能之间的关系。具有最佳丁基铵含量的充电机充电太阳能蓄电池对于带有1.61-eV带隙钙钛矿表现出平均稳定功率转换效率为17.5±1.3％，对于1.72-eV带隙钙钛矿效率为15.8±0.8％。其稳定性在模拟光照下也得到提高。充电机充电蓄电池在室温中持续运行1000小时后，其“后置式”效率达到80％，这一数值在密封环境中接近4000小时。相关成果以题为“Efficient ambient-air-stable solar cells with 2D–3D heterostructured butylammonium-caesium-formamidinium lead halide perovskites”发表在了Nature Energy上。

【图文导读】

1 形态和晶相

a-f）不同BA浓度退火后的BAx（FA0.83 Cs0.17）1-x Pb（I0.6Br0.4）3钙钛矿膜的SEM图像

g-i）x = 0.03,0.09和0.16薄膜的放大SEM图像

2 BA增强的3D钙钛矿晶体生长

a）对应具有不同BA浓度的3D钙钛矿（200）的XRD摆动曲线

b）反映x = 0.09膜中3D钙钛矿相（410）的极坐标图

c）x = 0.09膜中3D钙钛矿相的取向

d）对于两种不同的BA浓度（x = 0和0.09），钙钛矿退火过程（从室温到175℃）的反射强度作为时间的函数

3 2D-3D钙钛矿异质结构

a，b）FA0.83 Cs0.17 Pb（I0.6Br0.4）3人造色的横截面SEM图像

c）自组装2D-3D钙钛矿薄膜结构的示意图

d）x = 0膜（黑线）和x = 0.09膜（红线）的紫外-可见吸收和PL光谱

e）相同膜的时间分辨PL光谱

f）2D-3D异质结的拟议电子带

4 BA/FA/Cs钙钛矿充电机充电太阳能蓄电池的器件性能

a）使用宽带隙（Eg = 1.72eV）的钙钛矿充电机充电太阳能蓄电池的J-V曲线

b）充电机充电蓄电池的稳定功率输出（SPO）

c）使用较低带隙（Eg = 1.61eV）最佳性能的钙钛矿充电机充电太阳能蓄电池的J-V特性

d）充电机充电蓄电池数作为PCE的函数的直方图

图 器件稳定性

a-j）高性能非封装（a-e）和封装（f-j）充电机充电太阳能蓄电池器件的稳定性比较

【总结】

该成果展示了显著提高的器件效率和操作稳定性的钙钛矿组合物。相信，这将成为钙钛矿充电机充电太阳能蓄电池和光电子器件持续发展的重要方向，也可能为基础研究提供模型系统。