全无机钙钛矿CsPbI3光学带隙合适(~1.7 eV),是太阳能电池理想材料,有望在叠层太阳能电池技术中得到应用,是新型光伏技术领域的研究热点。但是,由于构成材料的三种无机离子半径的约束作用,具有高光吸收能力的立方结构α相CsPbI3材料在室温环境中自发转变为非钙钛矿相的δ相CsPbI3,严重限制了该材料在光伏技术中的研究进展。
工业生产广泛使用含磷盐与铅离子的强化学作用力,实现对Pb2+离子的吸附和沉淀,解决土壤中铅污染的问题。因此,利用磷盐与钙钛矿材料中Pb2+的作用,可望提升材料在常温条件下的结构稳定性。本文在充分考虑不同磷盐分子结构后,首次提出并优选五氯化磷(PCl5)作为全无机钙钛矿CsPbI3前驱体溶液中的添加剂。研究发现,PCl5作为胶体偶联剂,通过P-Pb之间强化学作用力,有效增加了前驱体溶液中CsPbI3团簇的尺寸,从而减缓了在退火过程中材料的结晶速度,实现了CsPbI3大晶粒生长。理论计算结果表明,薄膜中五价磷促进[PbI6]4-八面体框架与铯阳离子的结合,增加了[PbI6]4-八面体旋转的能量势垒,在一定程度上避免了由于该八面体旋转造成的晶体取向紊乱,因此,晶格结构稳定性得到了增强。利用高质量、高稳定性的α相CsPbI3全无机钙钛矿薄膜制备太阳能电池器件,光电转换效率高达17.85%。器件在N2气氛中500 小时后仍保持其初始效率的80%以上。

Wanpeng Yang, Haixuan Yu, Dr. Letian Dai, Zhiguo Zhang, Anjie Gu, Huaxia Ban, Dr. Qiang Sun, Dr. Shuangyin Chen, Prof. Yan Shen, Prof. Mingkui Wang
文章通讯作者为王鸣魁
ChemSusChem
DOI: 10.1002/cssc.202202061







