太阳能电池：绘制铯基无机卤化物钙钛矿的景观

时间：2021-06-10 14:28:35 来源：

HZB 的科学家已经打印并探索了铯基卤化物钙钛矿的不同成分(CsPb(BrxI1−x)3(0 ≤ x ≤ 1))。在室温和 300 摄氏度之间的温度范围内，他们观察到影响电子特性的结构相变。该研究提供了一种快速简便的方法来评估钙钛矿材料的新成分，以确定在薄膜太阳能电池和光电器件中应用的候选材料。

混合卤化物钙钛矿(ABX3)作为薄膜太阳能电池的高效新材料在短短几年内兴起。A 代表阳离子，有机分子或某些碱金属，B 是金属，最常见的是铅 (Pb)，X 是卤化物元素，如溴化物或碘化物。目前，一些组合物实现了高于 25% 的功率转换效率。更重要的是，大多数钙钛矿薄膜可以很容易地在中等加工温度下从溶液中加工出来，这是非常经济的。

有机分子如甲基铵 (MA) 作为 A 阳离子以及 Pb 和碘或溴化物在其他位点上的效率已达到世界纪录。但是那些有机钙钛矿还不是很稳定。在 A 位具有铯的无机钙钛矿具有更高的稳定性，但简单的化合物如 CsPbI3 或 CsPbBr3 要么不是很稳定，要么不能提供太阳能电池或其他光电器件应用所需的电子特性。

现在，HZB 的一个团队确实探索了 CsPb(BrxI1−x)3 的成分，它提供了 1.73 到 2.37 eV 之间的可调光学带隙。这使得这些混合物对于多结太阳能电池应用非常有趣，特别是对于串联设备。

在生产过程中，他们使用了一种新开发的打印组合钙钛矿薄膜的方法，以在基板上生产 (CsPb(BrxI1−x)3薄膜的系统变化。为此，两个打印头填充了 CsPbBr2I 或CsPbI3，然后通过编程将所需量的液滴印刷到基板上，形成所需成分的薄膜，在100摄氏度下退火驱除溶剂并结晶样品后，他们获得了不同成分的细条纹。

使用特殊的高强度 X 射线源，HZB LIMAX 实验室中的液态金属射流，薄膜的晶体结构在不同温度下进行了分析，范围从室温到 300 摄氏度。“我们发现所有研究的成分在高温下都会转化为立方钙钛矿相，”该出版物的第一作者和博士生 Hampus Näsström 解释说。冷却后，所有样品都转变为亚稳态四方和正交畸变钙钛矿相，这使得它们适用于太阳能电池设备。LIMAX 实验室负责人 Roland Mainz 补充说：“这已被证明是使用基于实验室的高亮度 X 射线源进行原位 XRD 的理想用例。”

由于发现向所需相的转变温度随着溴化物含量的增加而降低，这将允许降低无机钙钛矿太阳能电池的加工温度。

“对这种新型太阳能材料的兴趣是巨大的，可能的成分变化接近无限。这项工作展示了如何系统地生产和评估范围广泛的成分，”年轻调查小组负责人 Eva Unger 博士说混合材料的形成和缩放。组合能源材料研究小组的负责人 Thomas Unold 博士同意并建议说：“这是一个很好的例子，说明研究中的高通量方法如何可以极大地加速未来研究中材料的发现和优化。”

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