【引言】

鈣鈦礦太陽能電池的離摻認(rèn)證效率目前已經(jīng)達(dá)到了22.1%。鈣鈦礦的雜提化學(xué)式為ABX₃，高效率的高鈣光伏鈣鈦礦材料都是MA/FA（A）、Pb（B）和鹵族元素(X)的鈦礦太陽化合物。通過摻雜以構(gòu)造更復(fù)雜的電牛陽離子化合物是提高鈣鈦礦性能的重要手段，而摻入其他陽離子最主要的池的材料目的就是提高鈣鈦礦的穩(wěn)定性。但是離摻，大多數(shù)的雜提一價(jià)陽離子都不滿足鈣鈦礦容差因子t的公式：t=r_A+r_I /(r_Pb+r_I)，容差因子的高鈣光伏值需在0.8到1.0之間，但是鈦礦太陽大多數(shù)元素的陽離子的值都小于0.8。如Rb元素，電牛雖然可以提高鈣鈦礦的池的材料氧化穩(wěn)定性，但是離摻其容差因子小于0.8，故一直沒有被用于鈣鈦礦。雜提

【成果簡介】

最近，高鈣光伏瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Michael Gr?tzel課題組將Rb離子嵌入鈣鈦礦中形成多陽離子鈣鈦礦材料RbCsMAFA（Rb含量為5%），電池效率高達(dá)21.6%，開路電壓為1.24V，帶隙1.63電子伏特，兩者之差為0.39V，與商業(yè)硅電池僅相差0.01V。Rb離子的摻入使鈣鈦礦穩(wěn)定地保持了具有光活性的黑色相，在85℃下長達(dá)500小時(shí)的太陽光照射后仍然保持有最初性能的95%。

【圖文簡介】

圖1：容差因子和不同溫度下的鈣鈦礦形貌

(A)各元素的容差因子，大于0.8（虛線以上）具有光活性的黑色相，Rb非常接近0.8；

(B)CsPbI₃和RbPbI₃加熱到不同溫度時(shí)的表面形貌，460℃兩者開始融化，RbPbI₃始終沒有出現(xiàn)黑色相。

圖2：退火前和退火后的薄膜表征

(A) 虛線是紫外光波段的吸收，實(shí)線是光致發(fā)光的強(qiáng)度峰，黑色線是退火前的MAFA薄膜，紅色線是退火前的RbCsMAFA薄膜，其中的插圖是兩種薄膜的熒光顯微形貌；

(B) 退火前的MAFA薄膜和RbCsMAFA薄膜的XRD圖像；

(C) 退火后的MAFA薄膜和RbCsMAFA薄膜的紫外吸收圖像和光致發(fā)光的強(qiáng)度峰；

(D) 退火前的MAFA薄膜和RbCsMAFA薄膜的XRD圖像。

圖3：電池效率、開路電壓、光亮度和高溫穩(wěn)定性

(A)21.8%最高電池效率時(shí)測得的J-V曲線圖；

(B)1.24V最高開路電壓時(shí)測得的J-V曲線圖；

(C)外量子效率和電致發(fā)光強(qiáng)度關(guān)于電壓的函數(shù)。左邊的插圖是電致發(fā)光的光譜圖，右邊的插圖是具有兩個(gè)活性位點(diǎn)的太陽能電池；

(D) 電池的熱穩(wěn)定性測試。在85℃下長達(dá)500小時(shí)的光照射過程中的電池效率的跟蹤測量。

【小結(jié)】

研究者通過將Rb⁺離子引入鈣鈦礦材料中，探討了不同的摻雜陽離子組合，成功地利用Rb⁺離子提高了鈣鈦礦的氧化穩(wěn)定性，為鈣鈦礦的摻雜工藝提供了更多的可能。

原文鏈接：Incorporation of rubidium cations into perovskite solar cells improves photovoltaic performance, （Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aah5557）

本文由材料人編輯部新能源學(xué)術(shù)組 林振炫 供稿，點(diǎn)這里加入材料人的大家庭。參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”,歡迎關(guān)注微信公眾號(hào)，微信搜索“新能源前線”或掃碼關(guān)注。