金属离子替换的有机-无机钙钛矿太阳能电池及其迟滞现象

作     者：叶枫叶 王成 赖君奇 陈琪 陈立桅 Fengye Ye;Cheng Wang;Junqi Lai;Qi Chen;Liwei Chen

作者机构：中国科学技术大学化学系合肥230026 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所国际实验室中国科学院纳米科学卓越创新中心苏州215123 上海科技大学物质科学与技术学院上海201210 中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院合肥230026 上海交通大学化学化工学院物质科学原位中心上海200240 

出 版 物：《科学通报》 (Chinese Science Bulletin)

年 卷 期：2019年第64卷第10期

页      面：1084-1093页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划(2016YFA0200703) 国家自然科学基金(21625304 21875280 11504408 51473184) 中国科学院科研装备研制项目(YZ201654)资助 

主　　题：有机-无机钙钛矿太阳能电池 金属离子替换 平面异质结 异常迟滞现象 离子迁移 扫描开尔文探针显微镜 

摘      要：注入金属离子替换有机-无机钙钛矿中参与成键的Pb^(2+)可以有效调控其结晶动力学、薄膜形貌和光电特性,因此,通过优化Pb^(2+)替换比例提高钙钛矿太阳能电池性能是当前的研究热点之一.但是, Pb^(2+)替换对器件异常迟滞现象的影响却缺乏深入的研究.本文采用Cd^(2+)替换的MAPbI_3为模型体系,研究了不同Cd^(2+)浓度下MAPbI_3材料性质及其平面异质结光伏器件(结构为ITO/NiO_x/Cd-MAPbI_3/PCBM/Ag)性能的变化趋势.研究结果表明,优化比例(0.5%)的Cd^(2+)可以有效增强材料结晶性、改善薄膜形貌,降低非辐射复合,提高光生载流子寿命,从而大幅提高器件性能.而Cd^(2+)替换比例过高(2.5%)时,钙钛矿薄膜中不仅会出现相分离阻碍电荷传输,而且其非辐射复合加剧,光生载流子寿命降低,最终导致器件性能下降.与此同时,过量的Cd^(2+)注入还会引起严重的迟滞现象,利用扫描开尔文探针显微镜(SKPM)证实这一现象与钙钛矿薄膜中显著的离子迁移有关.