NC：含氟阳离子倒置钙钛矿太阳能电池，效率超 21％，高湿度稳定性

成果简介

具有简单活性层的高效且稳定的钙钛矿太阳能电池是制造所需要的。三维钙钛矿太阳能电池效率最高，但需要提高环境稳定性。包含较大的铵盐导致在提高的稳定性和效率之间不能两全，这归因于含有二维钙钛矿成分。在这里，我们的工作表明，向三维甲基铵碘化铅钙钛矿中添加0.3摩尔％的氟化铅盐，可以低温制备简单的倒置太阳能电池，最大功率转换效率为21.1％。钙钛矿层在高达5摩尔百分比的盐浓度下没有可检测的二维成分。在薄膜-空气界面处发现的高浓度氟化材料可提供更大的疏水性，表面钙钛矿晶体的尺寸和取向增加，未封装器件对高湿度具有更高稳定性。

图文介绍

图1：包含MAPbI3和具有不同摩尔％（FEA）2PbI4的有源层的器件的Jsc，Voc，FF和PCE分布。该框由位于第25个百分点和第75个百分点的两条线定义，其中框内的线代表中位数（第50个百分点）。误差线表示第5个百分点和第95个百分点，曲线叠加表示正态分布。每种类型至少测试了八个PSC。尽管MAPbI3器件平均具有最高的短路电流密度（Jsc），但向处理溶液中添加小摩尔％（FEA）2PbI4却导致开路电压（Voc）和填充系数（FF）的增加。），而PCE总体上有所增加。尽管有源层中较大的（FEA）2PbI4 mol％会导致较大的Voc，但所有其他参数以及功率转换效率（PCE）都会降低。

图2：纯MAPbI3和含0.3mol％（FEA）2PbI4的太阳能电池的光伏性能。a在模拟的AM 1.5 G 1阳光照射下，通过正向和反向扫描（扫描速率200 mV / s）测量的高性能电池的电流密度-电压（J–V）曲线。b相应器件的外部量子效率（EQE）光谱和集成短路电流密度（Jsc）。c符合正态分布的电池数量与功率转换效率（PCE）的关系的直方图（每种类型的设备至少30个电池）。

图3：纯MAPbI3和含0.3mol％（FEA）2PbI4的薄膜的光物理性质。a在玻璃上的吸收光谱（α=吸收系数）。b，c在熔融石英上的温度相关（K = Kelvin）光致发光（PL）光谱（λexc= 550 nm）。

图4：薄膜的2D GI-WAXS测量和面外高分辨率GI-XRD图。对于纯MAPbI3和含0.3mol％（FEA）2PbI4的薄膜，使用0.3°和b 0.14°的入射光束进行2D GI-WAXS测量。入射角为c 0.3°和d 0.14°收集的纯MAPbI3和含0.3mol％（FEA）2PbI4的薄膜的方位角平均GI-WAXS轮廓图。e以0.3°的入射角收集的薄膜的面外高分辨率GI-XRD图（注意，为清楚起见，数据已偏移）。q =动量传递，qz和qxy =散射矢量（q）在表面法线（z）方向上和垂直于表面法线（xy）的分量。

图5：薄膜的XPS，AFM，SKPM和水接触角测量。在含0.3mol％（FEA）2PbI4的钙钛矿薄膜上的XPS深度分布（CPS =每秒计数）。b（i）MAPbI3和（iii）含0.3 mol％（FEA）2PbI4的钙钛矿膜的表面的AFM和（ii）MAPbI3和（iv）0.3 mol％（FEA）2PbI4含钙钛矿的膜的功函数图像 从SKPM测量获得（RMS =均方根粗糙度和WF =功函数）。c在玻璃/ ITO / PTAA / PFN-P2基板上的MAPbI3和含0.3mol％（FEA）2PbI4的薄膜的水滴接触角测量图像。

图6：未封装的MAPbI3和含0.3mol％（FEA）2PbI4的器件的稳定性测试。在氮气氛下于85°C进行的热稳定性测试。b在室温下相对湿度为80±10％的空气中进行湿度测试（PCE =功率转换效率）。

作者：Xiao Wang, Kasparas Rakstys, Kevin Jack, Hui Jin, Jonathan Lai, Hui Li, Chandana Sampath Kumara Ranasinghe, Jaber Saghaei, GuanranZhang, Paul L. Burn, Ian R. Gentle & Paul E. Shaw