超薄钙钛矿单晶在高效太阳能电池开发中的积极作用

近日，中科院长春光机所科学家通过结合抗溶剂气相辅助结晶和空间约束策略，制备了一种高质量卤化物钙钛矿型单晶，并基于该材料制备了高效的钙钛矿太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。在太阳能电池的开发研究中，卤化物钙钛矿单晶固体具有大晶粒，较小晶界和均匀表面形态，能够改善电荷转移和收集，抑制复合损失，被认为是实现高效太阳能电池的理想材料。尽管如此，但制备用于太阳能电池的高质量薄单晶（TMCs）仍是新能源材料研发领域的一大挑战。

研发人员以三氯乙烷（TCE）为抗溶剂，在70 °C的温度下，用AVC法制备了甲基铵碘化铅（MAPbI₃）钙钛矿。然后以PEDOT：PSS旋涂ITO/玻璃为衬底，采用重量可控的二氧化硅覆盖层来调节钙钛矿型薄单晶的厚度，合成了质量毫米级的甲基铵碘化铅（MAPbI₃）钙钛矿薄单晶，其厚度可控制在几十纳米到几微米之间。

通过表面和截面形貌、载流子寿命和表面光致发光动态分析研究，MAPbI₃ TMC显示出较大的晶粒尺寸，均匀的表面形态，高的空穴迁移率（高达142 cm² V^-1 s^-1）以及低的陷阱（缺陷）密度，得益于这些特性，基于这些MAPbI₃ TMC的太阳能电池的功率转换效率（PCE）为20.1％，与多晶对应物（PCE）的17.3％相比有显著提高。

这项研究表明，钙钛矿薄单晶可以有效地抑制辐射和非辐射复合损耗，突出了其在最小化发光损耗方面的优势，从而为钙钛矿太阳能电池的效率最大化提供了一条有前途的途径。

参考文献：Wenchi Kong, et al, Ultrathin Perovskite Monocrystals Boost the Solar Cell Performance, Adv. Energy Mater. 2020,DOI: 10.1002/aenm.202000453