阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理

雷克儿

钙钛矿太阳能电池是广受关注的新一代光伏技术，而其工作稳定性是目前产业化的主要障碍。传统研究主要通过组分优化、封装、界面改性和紫外光过滤等来有效抑制如氧气、水分和紫外光等因素导致的性能下降，从而提升器件的稳定性。然而要进一步提高器件的寿命，需要发展一种长期有效的方法以抑制使役过程中材料的本征缺陷。为提高本征稳定性，北京大学工学院周欢萍研究组、化学与分子工程学院严纯华/孙聆东研究组及其合作者提出，通过在钙钛矿活性层中引入铕离子对（Eu3+/Eu2+）作为“氧化还原梭”，可同时消除Pb0和I0缺陷，进而大幅提升器件使用寿命。有趣的是，该离子对在器件使用过程中没有明显消耗，对应的器件的效率最高达到了21.52％(认证值为20.52％)，并且没有明显的迟滞现象。同时，引入铕离子对的薄膜器件表现出优异的热稳定性和光稳定性，在连续太阳光照或85oC加热1000小时后，器件仍可分别保持原有效率的91％和89％；在最大功率点连续工作500小时后保持原有效率的91%。该方法解决了铅卤钙钛矿太阳能电池中限制其稳定性的一个重要的本质性因素，可以推广至其他钙钛矿光电器件，对于其他面临类似问题的无机半导体器件也具有参考意义。