CsPbI3钙钛矿太阳能电池的研究进展: 薄膜工艺科学是关键！

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2024-05-23 14:48:01

CsPbI3钙钛矿太阳能电池的研究进展: 薄膜工艺科学是关键！

全无机钙钛矿CsPbI₃由于其潜在的优异光、热稳定性，理想的带隙宽度（1.73eV，叠层太阳能电池顶部电池的理想吸光材料）等受到了光伏领域内的极大关注，在提升CsPbI₃器件的效率和稳定性的问题方面取得了快速进展。近年来，CsPbI3的研究不仅体现在提升相稳定性和器件性能上，也逐渐关注制备工艺对无机钙钛矿薄膜的结构(如薄膜组分、晶格参数、晶体对称性)，光电性能(如能带、电子结构、载流子寿命)以及长期稳定性的影响。鉴于此，香港浸会大学周圆圆课题组及电子科技大学刘明侦课题组合作以薄膜工艺科学的视角对CsPbI3钙钛矿太阳能电池（PSCs）领域的发展进行系统的总结和分析。

本文要点：

1）作者首先从薄膜制备工艺出发，将CsPbI₃的成膜方法分为气相沉积法、纳米晶组装和溶液法。对于溶液法，根据前驱液中是否引入氢碘酸（HI）或者含有二甲基胺阳离子（Dimethylammonium, DMA+）的添加剂将其分为两种。同时，分析了CsPbI₃四种不同的晶体结构（α，β，γ，δ相）之间的相转变过程，阐明了在室温下获得并保持稳定的黑色相是实现高性能PSCs的关键。

2）随后，作者分别概述了上述成膜方法的发展历程和相应器件的效率进展，并对相应提高光电性能的策略展开了详细的梳理和讨论。特别地，详细讨论了引入HI或者含有DMA⁺阳离子的添加剂后，DMA⁺阳离子在CsPbI₃前驱液以及最终钙钛矿薄膜中的演变过程。

3）最后，针对不同的制备工艺，作者对CsPbI₃ PSCs存在的挑战和未来进一步提高器件效率的设计思路提出了一些个人见解。主要包括：缺陷钝化、工艺参数优化、传输层设计、器件结构优化、内在机理研究、大面积制备等。