湿空气下制备稳定的CsPbI2Br钙钛矿太阳电池

林飞宇 杨英 朱从潭 陈甜 马书鹏 罗媛 朱刘 郭学益

引用本文: 林飞宇, 杨英, 朱从潭, 陈甜, 马书鹏, 罗媛, 朱刘, 郭学益. 湿空气下制备稳定的CsPbI2Br钙钛矿太阳电池[J]. 物理化学学报, 2022, 38(4): 200500. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005007 shu
Citation:  Feiyu Lin, Ying Yang, Congtan Zhu, Tian Chen, Shupeng Ma, Yuan Luo, Liu Zhu, Xueyi Guo. Fabrication of Stable CsPbI2Br Perovskite Solar Cells in the Humid Air[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2022, 38(4): 200500. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005007 shu

湿空气下制备稳定的CsPbI2Br钙钛矿太阳电池

    通讯作者: 杨英, muyicaoyang@csu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 61774169

    中南大学自由探索创新项目 2019zzts944

    中南大学自由探索创新项目 502211922

摘要: 无机钙钛矿太阳能电池由于具有良好的热稳定性,高吸光系数等优点发展迅速。但无机钙钛矿材料对水分极其敏感,一般在惰性环境下中进行制备,操作复杂。本文通过简单的一步旋涂工艺,在无手套箱空气湿度条件下制备CsPbI2Br无机钙钛矿薄膜,通过介孔TiO2厚度的优化,对钙钛矿薄膜的结晶、成膜及稳定性进行了分析,发现在较厚基底介孔层上制备的钙钛矿晶粒大、无孔隙;随着基底厚度的减小,其上所形成的CsPbI2Br薄膜禁带宽度(Eg)增大;电化学阻抗测试表明在较厚基底介孔层上制备的CsPbI2Br钙钛矿具有更好的载流子提取与传输能力。对不同厚度介孔层上沉积的钙钛矿薄膜稳定性进行测试,发现CsPbI2Br钙钛矿的稳定性随着介孔层厚度的增加而提高,在空气中做放置144 h后无明显变化。在空气湿度条件下组装成器件,获得到了8.16%的最佳光电转换效率,并且对器件无任何修饰及封装的情况下,在相对湿地低于35%的空气中放置72 h后保持最初效率的73%。

English

    1. [1]

      Hodes, G. Science 2013, 342, 317. doi: 10.1126/science.1245473

    2. [2]

      Kulbak, M.; Gupta, S.; Kedem, N.; Levine, I.; Bendikov, T.; Hodes, G.; Cahen, D. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 167. doi: 10.1021/acs.jpclett.5b02597

    3. [3]

      Lee, M.; Teuscher, J.; Miyasaka, T.; Murakami, T. N.; Snaith, H. J. Science 2013, 338, 643. doi: 10.1126/science.1228604

    4. [4]

      Heo, J. H.; Im, S. H.; Noh, J. H.; Mandal, T. N.; Lim, C. S.; Chang, J. A.; Lee, Y. H.; Kim, H. J.; Sarkar, A. Nat. Photonics 2013, 7, 486. doi: 10.1038/NPHOTON.2013.80

    5. [5]

      陈瑞, 王维, 卜童乐, 库治良, 钟杰, 彭勇, 肖生强, 尤为, 黄福志, 程一兵, 傅正义. 物理化学学报, 2019, 35, 401. doi: 10.3866/PKU.WHXB201803131Chen, R.; Wang, W.; Bu, T. L.; Ku, Z. L.; Zhong, J.; Peng, Y.; Xiao, S. Q.; You, W.; Huang, F. Z.; Cheng, Y. B.; Fu, Z. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35, 401. doi: 10.3866/PKU.WHXB201803131

    6. [6]

      丁黎明, 程一兵, 唐江. 物理化学学报, 2018, 34, 449. doi: 10.3866/PKU.WHXB201710121Ding, L. M.; Cheng, Y. B.; Tang, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2018, 34, 449. doi: 10.3866/PKU.WHXB201710121

    7. [7]

      黄鹏, 元利刚, 李耀文, 周祎, 宋波. 物理化学学报, 2018, 34, 1264. doi: 10.3866/PKU.WHXB201804096Huang, P.; Yuan, L. G.; Li, Y. W.; Zhou, Y.; Song, B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2018, 34, 1264. doi: 10.3866/PKU.WHXB201804096

    8. [8]

      Yang, Y.; Chen, T.; Pan, D. Q.; Gao, J.; Zhu, C. T.; Lin, F. Y.; Zhou, C. H.; Tai, Q. D.; Xiao, S.; Yuan, Y. B.; et al. Nano Energy 2020, 67, 104246. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.104246

    9. [9]

      NREL Best Research-Cell Efficiencies. https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/best-research-cell-efficiencies.20200406.pdf (accessed April 6, 2020).

    10. [10]

      Nam, J. K.; Chai, S. U.; Cha, W.; Choi, Y. J.; Kim, W.; Jung, M. S.; Kwon, J.; Kim, D.; Park, J. H. Nano Lett. 2017, 17, 2028. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b00050

    11. [11]

      Wang, Y.; Zhang, T.; Kan, M.; Zhao, Y. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 12345. doi: 10.1021/jacs.8b07927

    12. [12]

      Liu, C.; Li, W.; Chen, J.; Fan, J.; Mai, Y.; Schropp, R. E. Nano Energy 2017, 41, 75. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.08.048

    13. [13]

      Hu, Y.; Bai, F.; Liu, X.; Ji, Q.; Miao, X.; Qiu, T.; Zhang, S. ACS Energy Lett. 2017, 2, 2219. doi: 10.1021/acsenergylett.7b00508

    14. [14]

      Duan, J.; Zhao, Y.; Yang, X.; Wang, Y.; He, B.; Tang, Q. Adv. Energy. Mater. 2018, 8, 1802346. doi: 10.1002/aenm.201802346

    15. [15]

      Lim, K. G.; Ahn, S.; Kim, Y. H.; Qi, Y. B.; Lee, T. W. Energy Environ Sci. 2016, 9, 932. doi: 10.1039/c5ee03560k

    16. [16]

      Jena, A. K.; Kulkarni, A.; Sanehira, Y.; Ikegami, M.; Miyasaka, T. Chem. Mater. 2018, 30, 6668. doi: 10.1021/acs.chemmater.8b01808

    17. [17]

      Swarnkar, A.; Marshall, A. R.; Sanehira, E. M.; Chernomordik, B. D.; Moore, D. T.; Chirstians, J. A.; Chakrabarti, T.; Luther, J. M. Science 2016, 354, 92. doi: 10.1126/science.aag2700

    18. [18]

      Zhang, J. R.; Hodes, G.; Jin, Z.; Liu, S. Z. Angew. Chem. -Int. Edit. 2019, 58, 15596. doi: 10.1002/anie.201901081

    19. [19]

      Fu, L.; Zhang, Y.; Li, B.; Zhou, S.; Zhang, L.; Yin, L.W. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 13263. doi: 10.1039/c8ta02899k

    20. [20]

      Bai, D. L.; Zhang, J. R.; Jin, Z. W.; Bian, H.; Wang, K.; Wang, H. R.; Liang, L.; Wang. Q.; Liu, S. Z. ACS Energy Lett. 2018, 3, 970. doi: 10.1021/acsenergylett.8b00270

    21. [21]

      Liu, C.; Li, W. Z.; Zhang, C.; Ma, Y. P.; Fan, J. D.; Mai, Y. H. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 3825. doi: 10.1021/jacs.7b13229

    22. [22]

      Meng, X. Y.; Wang, Z.; Qian, W.; Zhu, Z. L.; Zhang, T.; Bai, Y.; Hu, C.; Xiao, S.; Yang, Y. L.; Yang, S. H. J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 194. doi: 10.1021/acs.jpclett.8b03742

    23. [23]

      Zhang, T.; Li, H.; Liu, S. S.; Wang, X. K.; Gong, X.; Sun, Q.; Shen, Y.; Wang, M.K. J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 200. doi: 10.1021/acs.jpclett.8b03481

    24. [24]

      Nam, J. K.; Jung, M. S.; Chai, S. U.; Choi, Y. J.; Kim, D.; Park, J. H. J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 2936. doi: 10.1021/acs.jpclett.7b01067

    25. [25]

      Zhang, H.; Nazeeruddin, M. K.; Choy, W. C. H. Adv. Mater. 2019, 31, 1805702. doi: 10.1002/adma.201805702

    26. [26]

      Olthof, S.; Meerholz, K. Sci. Rep. 2017, 7, 40267. doi: 10.1038/srep40267

    27. [27]

      Zhu, Z. L.; Bai, Y.; Liu, X.; Chueh, C. C.; Yang, S. H.; Jen, A. K. Adv. Mater. 2016, 28, 6478. doi: 10.1002/adma.201600619

    28. [28]

      Lau, C. F. J.; Zhang, M.; Deng, X.; Zheng. J.; Bing, J.; Ma, Q.; Kim, J.; Hu, L.; Green, M. A.; Huang, J. S.; Ho-Baillie, A. ACS Energy Lett. 2017, 2, 2319. doi: 10.1021/acsenergylett.7b00751

    29. [29]

      Chen, W. J.; Chen, H. Y.; Xu, G. Y.; Xue, R. M.; Wang, S. H.; Li, Y. W.; Li, Y. F. Joule 2019, 3, 191. doi: 10.1016/j.joule.2018.10.011

    30. [30]

      Zhen, C.; Wu, T. T.; Chen, R. Z.; Wang, L. Z.; Liu, G.; Cheng, H. M. ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 4586. doi: 10.1021/acssuschemeng.8b06580

    31. [31]

      Qiao, G. X.; Zeng, Z.; Gao, J. W.; Tang, Y. P.; Wang, Q. M. J. Alloys Compd. 2019, 771, 418. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.08.322

    32. [32]

      Kim, H. S.; Park, N. G. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 2927. doi: 10.1021/jz501392m

    33. [33]

      Lindblad, R.; Bi, D. Q.; Park, B. W.; Oscarsson, J.; Gorgoi, M.; Siegbahn, H.; Odelius, M.; Johansson, E. M.J.; Rensmo. H. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 648. doi: 10.1021/jz402749f

    34. [34]

      Park, B.; Johansson, E. M. J.; Philippe, B.; Gustafsson, T.; Sveinbjornsson, K.; Hagfeldt, A.; Boschloo, G. Chem. Mater. 2014, 26, 4466. doi: 10.1021/cm501541p

    35. [35]

      Zhang, S.; Wu, S.; Chen, W.; Zhu, H.; Xiong, Z.; Yang, Z.; Chen, C.; Chen, R.; Han, L.; Chen, W. Mater. Today Energy 2018, 8, 125. doi: 10.1016/j.mtener.2018.03.006

    36. [36]

      Sutton, R. J.; Eperson, G. E.; Miranda, E.S.; Parrott, B. A.; Kamino, J. B.; Patel, M. T.; Horantner, M. B.; Johnston, A. A.; Moore, D. T. Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1502458. doi: 10.1002/aenm.201502458

    37. [37]

      Dong, C.; Han, X.; Zhao, Y.; Li, J.; Chang, L.; Zhao, W. Sol. RRL 2018, 2, 1800139. doi: 10.1002/solr.201800139

    38. [38]

      Luo, P.; Xia, W.; Zhou, S.; Sun, L.; Cheng, J.; Xu, C.; Lu, Y. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 3603. doi: 10.1021/acs.jpclett.6b01576

    39. [39]

      Mariotti, S.; Hutter, O. S.; Phillips, L. J.; Yates, P. J.; Kundu, B.; Durose, K. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 3750. doi: 10.1021/acsami.7b14039

    40. [40]

      Sun, W. F.; Choy, K. L.; Wang, M. Q. Molecules 2019, 24, 3466. doi: 10.3390/molecules24193466

    41. [41]

      Rong, Y. G.; Liu, L. F.; Mei, A. Y.; Li, X.; Han, H. W. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1501066. doi: 10.1002/aenm.201501066

    42. [42]

      Bai, D. L.; Bian, H.; Jin, Z. W.; Wang, H. R.; Meng, L. N.; Wang, Q.; Liu, S. Z. Nano Energy 2018, 52, 408. doi: 10.1016/j.nanoen.2018.08.012

    43. [43]

      Yan, L.; Xue, Q. F.; Liu, M. Y.; Zhu, Z. L.; Tian, J. J.; Li, Z. C.; Chen, Z.; Chen, Z. M.; Yan, H.; Yip, H. L.; Cao, Y. Adv. Mater. 2018, 30, 1802509. doi: 10.1002/adma.201802509

    44. [44]

      Xiang, W.; Wang, Z.; Kubicki, D. J.; Tress, W. G.; Luo, J. S.; Daniel, P.; Akin, S.; Emsley, L.; Zhou, J.; Dietler, G.; et al. Joule 2019, 3, 205. doi: 10.1016/j.joule.2018.10.008

    45. [45]

      Wang, Q.; Moser, J. E.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 14945. doi: 10.1021/jp052768h

    46. [46]

      Guerrero, A.; Garcia-Belmonte, G.; Mora- Sero, I.; Bisquert, J.; Kang, S. Y.; Jacobsson, T. J.; Correa-Baena, J. P.; Hagfeldt, A. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 8023. doi: 10.1021/acs.jpcc.6b01728

    47. [47]

      Giustino, F.; Snaith, H. J. ACS Energy Lett. 2016, 1, 1233. doi: 10.1021/acsenergylett.6b00499

    48. [48]

      Xiang, W.; Tress, W. Adv. Mater. 2019, 31. doi: 10.1002/adma.201902851

    49. [49]

      Beal, R. E.; Slotcavage, D. J.; Leijtens, T.; Bowring, A. R.; Belisle, R. A.; Nguyen, W. H.; Burkhard, G. F.; Hoke, E. T.; McGehee, M. D. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 746. doi: 10.1021/acs.jpclett.6b00002

    50. [50]

      Li, W.; Rothmann, M. U.; Liu, A.; Wang, Z. Y.; Zhang, Y. P.; Pascoe, A. R.; Lu, J. F.; Jiang, L. C.; Chen, Y.; Huang, F. Z.; et al. Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1700946. doi: 10.1002/aenm.201700946

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  9
  • 文章访问数:  557
  • HTML全文浏览量:  102
文章相关
  • 发布日期:  2022-04-15
  • 收稿日期:  2020-05-05
  • 接受日期:  2020-06-02
  • 修回日期:  2020-06-02
  • 网络出版日期:  2020-07-08
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章