隨著環(huán)境和能源問題的日益凸顯，清潔可再生的太陽能能源的利用引起了科研工作者和產(chǎn)業(yè)界人士的廣泛關(guān)注。鈣鈦礦太陽能電池，因其具有光電轉(zhuǎn)換效率高、制備工藝簡單和成本低廉等優(yōu)勢，近幾年發(fā)展迅猛，最高光電轉(zhuǎn)換效率已突破20%，成為新型薄膜太陽能電池中的杰出代表。鈣鈦礦太陽能電池中采用具有鈣鈦礦型晶格結(jié)構(gòu)的有機(jī)-金屬鹵化物作為光吸收層，這種材料具有帶隙窄、吸光強(qiáng)、載流子遷移率高等優(yōu)良的光電性質(zhì)。

有機(jī)-金屬鹵化物的制備方法通常包括溶液法、蒸鍍法以及液相/氣相混合沉積方法等。其中，溶液法由于操作簡單、成本低廉得到更多的關(guān)注。在溶液法中，采用兩步順序沉積法能夠簡便的實(shí)現(xiàn)致密的鈣鈦礦薄膜，為高性能的鈣鈦礦太陽能電池奠定了基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)的兩步溶液法中，碘化鉛首先被沉積在介孔氧化物骨架上，而后再將基片浸入到甲胺碘溶液中。甲胺碘溶液通過骨架上的孔洞向薄膜中滲透，與碘化鉛充分接觸和反應(yīng)，從而生成鈣鈦礦吸光層。然而，在平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池中，由于沒有使用介孔氧化物骨架，碘化鉛會(huì)形成一層致密的薄膜，如果再采用常規(guī)的浸泡甲胺碘溶液的薄膜生長方法，那么只有表層的碘化鉛能夠與甲胺碘接觸反應(yīng)，僅在表層生成一薄層鈣鈦礦層，這就造成薄膜中含有大量的碘化鉛殘余，由此導(dǎo)致活性層吸光不夠、電荷的傳輸電阻較大，因而器件性能會(huì)比較低。

研究人員開發(fā)了一種時(shí)間調(diào)控的介孔碘化鉛薄膜的生長方法，通過控制碘化鉛薄膜的多孔性，可以為后續(xù)的甲胺碘溶液的滲透提供通道，促使碘化鉛完全轉(zhuǎn)換成鈣鈦礦。同時(shí)，借助于掠入射X射線衍射（GIXD）和共振軟X射線衍射（RSOXS）等同步輻射表征方法，系統(tǒng)地分析了不同的介孔碘化鉛骨架轉(zhuǎn)化成的鈣鈦礦薄膜的各方面性質(zhì)，并對比研究了相應(yīng)的太陽能電池器件的性能。GIXD 和RSOXS衍射結(jié)果表明，碘化鉛與甲胺碘的反應(yīng)過程是從上表面到薄膜底部展開的，碘化鉛骨架中的介孔通道保證了甲胺碘能夠從表層持續(xù)擴(kuò)散到底部，讓碘化鉛與甲胺碘充分接觸和反應(yīng)。此外，鈣鈦礦晶體的結(jié)晶性從上表面到薄膜底部依次增強(qiáng)，晶體大小也依次增大?；诖朔N方法制備的平面結(jié)鈣鈦礦太陽能電池，正式器件光電轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)17.6%，簡單結(jié)構(gòu)的倒式器件效率也可達(dá)15.7%，而且無掃描滯后現(xiàn)象。^[1]

參考文獻(xiàn)

[1] Mesoporous PbI2 Scaffold for High-Performance Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells. doi:10.1002/aenm.201501890