蛋白质设施用户助力高效稳定的α相FAPbI3太阳能电池开发
时间 : 2020-10-13     

近年来,钙钛矿太阳能电池以其效率高、制备简单、成本低及适用于柔性制备等优势获得了学术界和产业界的众多关注。钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在过去短短几年内迅速提升至25%以上,已经可以和商业化的单晶硅太阳能电池相媲美,是发展最快的一类薄膜太阳能电池。然而,这类电池稳定性欠佳,严重阻碍其商业化应用。基于混合物的阳离子或卤化物FAPbI3钙钛矿的高效太阳能电池的吸收蓝移和长期稳定性问题降低主要由于甲胺离子损失和钙钛矿晶相相分离造成的。 

近期,在国家蛋白质科学研究(上海)设施等大装置的助力下,瑞士洛桑理工学院Michael GratzelAnders Hagfeldt团队联合复旦大学的Yiqiang ZhanLirong Zheng等团队,开创了一种蒸汽辅助沉积方法制备高效稳定FAPbI3钙钛矿太阳能电池工艺,即使用硫氰酸甲胺或硫氰酸甲醚(MASCNFASCN)蒸气辅助促使黄色δ-FAPbI3晶相转变为稳定的黑色α-FAPbI3钙钛矿晶相,最终器件表现出优异的光电转换效率(> 23%)和极高的工作稳定性与热稳定性等。相关工作以“Vapor-assisted deposition of highly efficient, stable black-phase FAPbI3 perovskite solar cells”为题于20201002日在线发表在国际顶级期刊Science杂志。在钙钛矿晶相研究中,该团队通过和上海高等研究院/上海光源Yingguo Yang杨迎国博士开展同步辐射实验合作,采用同步辐射X射线衍射散射系统揭示了黄相δ-FAPbI3和钙钛矿黑相α-FAPbI3间的微结构特点和两种薄膜不同深度处的结晶相纯度与晶面择优取向,并进一步从结晶学的角度揭示出制约器件效率和稳定性的关键制备工艺与机理。 

国家蛋白质科学研究上海设施蛋白质晶体结构分析系统高通量晶体结构线站BL17B1线站及蛋白质动态分析系统时间分辨红外谱学线站BL01B1线站上海光源BL14B1线站及BL08U线站工作人员为该工作提供了及时有效的支持。 

 

Figure 1. Stable and phase pure MASCN vapor-treated FAPbI3 films. 

1. 同步辐射X射线衍射散射揭示MASCN修饰前后黄相δ-FAPbI3和钙钛矿黑相α-FAPbI3间的微结构特点及两种薄膜不同深度处的结晶相纯度与晶面择优取向